Relatorio 2 - fisica exp

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CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
ELEMENTOS RESISTIVOS LINEARES E NÃO LINEARES
Docente:
Lilian
Discentes:
Paulo Sergio Alves Scarparo ( R.A 124149)
Pedro Henrique Vieira Ribeiro (R.A 117334)
Tauane Helena de Souza (R.A 116836)
MARINGÁ - PR
2022
INTRODUÇÃO
As Leis de Ohm, postuladas pelo físico alemão Georg Simon Ohm
(1787-1854) em 1827, determinam a resistência elétrica dos condutores.
Além de definir o conceito de resistência elétrica, Georg Ohm demonstrou
que no condutor a corrente elétrica é diretamente proporcional à diferença de
potencial aplicada, postulando assim a Primeira Lei de Ohm.
Suas experiências com diferentes comprimentos e espessuras de fios
elétricos foram cruciais para que ele postulasse a Segunda Lei de Ohm. Nela, a
resistência elétrica do condutor, dependendo da constituição do material, é
proporcional ao seu comprimento. Ao mesmo tempo, ela é inversamente
proporcional à sua área de secção transversal.
Os resistores são dispositivos eletrônicos cuja função é a de transformar
energia elétrica em energia térmica (calor), por meio do efeito joule. Dessa maneira,
os resistores ôhmicos ou lineares são aqueles que obedecem a primeira lei de ohm
(R=U/I). A intensidade (i) da corrente elétrica é diretamente proporcional a sua
diferença de potencial (ddp), chamada também de voltagem. Por outro lado, os
resistores não ôhmicos, não obedecem a lei de ohm.
https://www.todamateria.com.br/resistores/
https://www.todamateria.com.br/efeito-joule/
https://www.todamateria.com.br/diferenca-de-potencial/
OBJETIVOS
O objetivo do experimento é distinguir elementos resistivos lineares e não
lineares, através da determinação experimental de suas curvas características e
analisar a dependência da variação da resistência enquanto há o aumento da
temperatura.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Quando um componente de um circuito elétrico é submetido a uma diferença
de potencial (V), aparece nele uma corrente elétrica (I). A resistência elétrica R
desse elemento é definida pelo quociente entre a diferença de potencial aplicada e a
corrente resultante:
𝑅 = 𝑉𝐼
O comportamento de I em função de V depende das características do
componente elétrico. Quando a relação V / I é constante para qualquer valor de V, o
elemento é chamado de resistor linear.
Essa situação corresponde à Lei de Ohm, segundo a qual “a corrente em um
resistor é diretamente proporcional à diferença de potencial, ou tensão elétrica,
aplicada nele”. Os resistores lineares (a) são também chamados de resistores
ôhmicos. É muito comum se encontrarem, em um dado circuito, resistores
associados em série e em paralelo. Sabe-se que:
• A resistência equivalente Rs, na associação de dois resistores R1 e R2 em
série, é dada por R1 + R2;
• A resistência equivalente Rp, capaz de substituir a associação de dois
resistores R1 e R2 em paralelo, é dada por (1/Rp) = (1/R1) + (1/R2).
Já os resistores não lineares (b) são aqueles para os quais a razão entre a
d.d.p. aplicada e a intensidade de corrente que os atravessam não é constante. Ou
seja, a resistência R do elemento não é constante. Isto implica em que a sua curva
V x I característica não é uma reta. Assim, em cada ponto define-se uma resistência
aparente pela razão entre a ordenada e a abscissa correspondente a um ponto da
curva. Este comportamento de não linearidade da curva pode depender de valores
tais como a temperatura, iluminação, tensão, terminais do elemento, etc.
(https://www.tutorialspoint.com/linear-and-nonlinear-resistors)
Os sensores do tipo NTC possuem resistência inversamente proporcional à
temperatura, são utilizados por possuírem incrível sensibilidade ao aumento de
temperatura e por serem facilmente fabricados. Seu diferencial é ser mais sensível a
variações de temperatura, comparado com outros sensores de resistência variável
com a temperatura.
São fabricados a partir da mistura de óxidos de metais de transição,
manganês, cobre, cobalto e níquel, apresentam variação de resistência ôhmica em
relação a temperatura submetida e fabricados a partir de um elemento resistor
termicamente sensível que possui um coeficiente negativo.
Os sensores do tipo PTC possuem resistência proporcional à temperatura,
atuam numa faixa restrita em virtude da falta de linearidade e tem como
peculiaridade possuírem um ponto de transição, ou seja, somente a partir de uma
determinada temperatura exibirá uma variação ôhmica com a variação da
temperatura.
A variação da resistência é maior que a de um NTC, na mesma faixa e sua
utilização é mais frequente para a medição e proteção térmica de motores e
transformadores e máquinas industriais.
Os Sensores PTC são compostos de silício e são ideais para aplicações
onde é desejada ótima estabilidade térmica, durabilidade e rápida resposta.
https://www.tutorialspoint.com/linear-and-nonlinear-resistors
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
Materiais utilizados:
Fonte de tensão, multímetros, resistor de porcelana, lâmpada 12 V, NTC,
LDR, ponta de prova, termômetro, sistema com NTC, e sistema com o LDR.
Procedimento:
I) Resistor de porcelana
Primeiramente, mediu-se a resistência do resistor de porcelana com um
multímetro. Em seguida, montou-se um circuito resistivo, como mostra a figura
abaixo:
(Figura 1 à esquerda e foto tirada durante a aula à direita)
Com o circuito pronto e a fonte ligada, iniciou-se o experimento: variando a
tensão de 0,5 em 0,5V, a partir de 0,5V; foram registrados os valores das correntes
elétricas (I) até 5V. Depois disso, variando a tensão de 1 em 1V, a partir de 5V,
registrou-se os valores das correntes elétricas (I) até 10V. Após todos os registros, a
fonte de tensão foi zerada.
II) Filamento metálico com lâmpada
Utilizando o mesmo circuito anterior, mas substituindo o resistor de porcelana
pelo filamento metálico com lâmpada, foi feita uma variação de tensão de 0,5 em
0,5V. Assim, registrou-se o valor da corrente elétrica de 0,5V até 8V (tensão). Após
o experimento, a fonte de tensão foi zerada.
(Fotos tiradas durante a aula experimental)
III) Foto resistor LDL
Para tal procedimento é necessário montar um sistema que contenha um
Ohmímetro, uma fonte CC e um LDR, como mostra a imagem abaixo. Em seguida,
variando a distância de 1 em 1cm, registrou-se os valores da resistência. Após o fim
do experimento, a fonte foi zerada.
.
(Foto tirada durante a aula experimental do grupo)
IV) Resistor NTC
Com o auxílio de um termômetro, anexado à um NTC, conectou-se o NTC a
um ohmímetro, medindo assim sua resistência. Para iniciar o procedimento,
registrou-se a temperatura ambiente (que será a temperatura inicial) e a partir dela,
variando de 2 em 2℃ até uma variação total de 40℃. Assim, foram registrados os
valores da resistência e por fim, após o experimento, a fonte foi zerada e desligada.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
I) Resistor de Porcelana
Com um auxílio de um multímetro o valor da resistência do resistor de
porcelana foi de 470Ω. Assim, variando a tensão, inicialmente de 0,5 em 0,5V e
depois de 1 em 1V, como orientado no procedimento experimental, obtivemos os
seguintes valores:
Tabela 1 - de 0,5V a 5V variando 0,5V
V 0,51 1,02 1,48 2,01 2,52 2,98 3,48 4,03 4,50 4,99
I
(mA)
1,11 2,19 3,18 4,31 5,40 6,39 7,45 8,63 9,65 10,67
Tabela 2 - de 5V a 10V variando 1V
V 6,05 6,99 8,01 9,00 10,00
I (mA) 12,95 14,96 17,16 19,26 21,3
Dessa forma, pode-se afirmar que esse tipo de resistor é linear, já que os
valores obtidos da relação V x I são diretamente proporcionais e constantes no
decorrer do experimento.
II) Filamento metálico com lâmpada
Utilizando um filamento metálico com lâmpada, variando a tensão de 0,5 em
0,5V; foram obtidos os seguintes resultados:
Tabela 3
V (tensão) I (mA)
0,50 14,78
1,02 26,4
1,53 37,1
2,00 44,0
2,54 51,1
2,99 56,6
3,49 62,5
3,99 68,4
4,50 74,5
5,00 78,7
5,99 89,2
7,00 97,7
8,00 107,2
Vale ressaltar que a lâmpada começou a acender com 44mA e tensão de
2,00V; e quando estava na tensãode 8,00V e corrente de 107,2mA a intensidade de
sua luz ficou muito forte, e o grupo preferiu não continuar o procedimento para não
correr o risco de queimá-la.
III) Foto resistor LDL
Fazendo a variação da distância de 1 em 1cm, mediu-se a resistência do
resistor em cada situação, obtendo:
Tabela 4 - X x R variando a distância de 1 em 1cm
x (distância) R (resistência)
0 8,00
1 8,25
2 9,10
3 9,27
4 9,20
5 8,10
6 6,78
7 5,85
8 4,90
9 2,70
10 1,89
11 0,97
12 0,82
12,5 0,09
Nesse caso, esse tipo de resistor é considerado não linear, já que seus
valores possuem uma constância até certo ponto (x = 4) e depois a relação X x I
torna-se inversamente proporcional.
IV) Resistor NTC
Variando a temperatura de 2 em 2℃, a partir da temperatura ambiente
(24℃), foram obtidos os seguintes valores:
Tabela 05
Sendo assim, o resistor NTC também pode ser considerado linear, já que
seus valores da relação T x I são inversamente proporcionais durante todo o
processo do experimento.
ANÁLISE DOS GRÁFICOS
Gráfico V x i para o resistor de porcelana, obtido na Tabela 01:
Com base nos valores apresentados, e no gráfico acima, confirma-se que esse tipo
de resistor é linear, uma vez que o aumento da corrente elétrica (I) é proporcional ao
da tensão aplicada.
Gráfico V x i para a lâmpada, obtido na Tabela 02 e 03:
Com os dados obtidos, podemos afirmar que esse tipo de resistor pode ser
considerado um resistor linear, já que a relação V x I foi diretamente proporcional
em todo o processo do experimento.
Gráfico X x R para o resistor LDL, obtido na Tabela 04:
Avaliando os valores atingidos pelo filamento metálico com lâmpada, é
possível afirmar que esse tipo de resistor não é linear, uma vez que assumem
valores diretamente proporcionais até certo ponto, mas depois o aumento de uma
variável (no caso, a distância) leva à diminuição da outra (resistência).
Gráfico R x T para o resistor NTC, obtidos na Tabela 05:
Observando os valores obtidos, pode-se afirmar que esse tipo de resistor é
linear, uma vez que o aumento da temperatura é inversamente proporcional à
resistência obtida.
CONCLUSÃO
Conclui-se que o experimento foi bem executado, uma vez que os envolvidos
aprenderam a diferenciar elementos resistivos lineares e não lineares, além de obter
resultados experimentais satisfatórios.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
● (https://www.addtherm.com.br/sensores-de-temperatura-ntc-e-ptc/)
● Apostila de física geral experimental III
● http://lilith.fisica.ufmg.br/~lab1/roteiros/Exp_3_Elemento_resistivo_linear.pdf
● https://www.addtherm.com.br/sensores-de-temperatura-ntc-e-ptc/
https://www.addtherm.com.br/sensores-de-temperatura-ntc-e-ptc/
http://lilith.fisica.ufmg.br/~lab1/roteiros/Exp_3_Elemento_resistivo_linear.pdf
https://www.addtherm.com.br/sensores-de-temperatura-ntc-e-ptc/