Relatório 01 - Multímetros, circuito chave e lâmpada.

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO - UFMA
CENTRO DE CIÊNCIAS SOCIAIS, SAÚDE E TECNOLOGIA - CCSST
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL III
DOCENTE: RICARDO JORGE CRUZ LIMA
GLÓRIA MARIA DE OLIVEIRA PAIXÃO
MULTÍMETROS, CIRCUITO CHAVE E LÂMPADA
IMPERATRIZ – MA
2022
GLÓRIA MARIA DE OLIVEIRA PAIXÃO
MULTÍMETROS, CIRCUITO CHAVE E LÂMPADA
Prática experimental apresentada ao curso de
Engenharia de Alimentos da Universidade Federal do
Maranhão – UFMA do Centro de Ciências Sociais,
Saúde e Tecnologia – CCSST a ser utilizado como
requisito de nota da disciplina de Física Experimental
III.
Docente: Ricardo Jorge Cruz Lima
IMPERATRIZ – MA
2022
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 4
2. OBJETIVO 9
2.1 Objetivo Específico 9
3. MATERIAIS 10
3.1 Equipamentos 10
3.2 Utensílios 10
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 10
4.1 Determinação da tensão 11
4.2 Medição da corrente alternada 11
4.3 Tensão de entrada e saída 12
4.4 Medida da corrente contínua 12
4.5 Variação do circuito 13
4.6 Determinação das lâmpadas 13
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 14
6. CONCLUSÃO 15
BIBLIOGRAFIA 16
4
1. INTRODUÇÃO
Um circuito elétrico é constituído por dispositivos nos quais é possível estabelecer
uma corrente elétrica. Em um circuito elétrico em funcionamento, como existe corrente
elétrica, e existem diferenças de potencial elétrico (tensões), haverá conversão de energia
elétrica em outras formas de energia. Para que ocorra um circuito elétrico simples, deve haver,
pelo menos, um gerador, condutores e um receptor ou uma resistência. 1
Imagem 1 - circuito elétrico simples.
Os circuitos elétricos são utilizados para ligar dispositivos elétricos e eletrônicos de
acordo com suas especificações de funcionamento, referentes à tensão elétrica de operação e à
corrente elétrica suportada pelo dispositivo. Além disso, são usados para distribuição da
energia elétrica em residências e indústrias, conectando diversos dispositivos elétricos por
meio de fios condutores, conectores e tomadas. 2
Imagem 2 - O circuito elétrico é o conjunto de equipamentos que promove a passagem de corrente elétrica.
Estudo dos resistores
A causa e a fonte de voltagem em um circuito elétrico é o gerador. A intensidade da
corrente elétrica não depende apenas da voltagem, mas também da resistência elétrica que o
condutor oferece à passagem de corrente elétrica. Quando uma corrente elétrica passa por um
condutor sólido, um número muito grande de elétrons livres se desloca nesse condutor. Os
elétrons livres colidem entre si e colidem também contra os átomos que formam o condutor.
5
Devido a essas colisões, os elétrons livres encontram uma certa dificuldade para se deslocar,
existe uma resistência à passagem de corrente elétrica.3
Imagem 3 - O gerador é simbolizado por duas barras paralelas de tamanhos diferentes.
Imagem 4 - Os resistores são geralmente representados com um zigue-zague.
Tipos de circuitos elétricos
Existem circuitos elétricos simples, que são aqueles dotados de somente um
dispositivo elétrico, que é conectado diretamente a um gerador por meio de fios condutores,
mas também há circuitos elétricos em que há mais de um elemento, nesse caso, formando
circuitos mais complexos. Esses circuitos mais complexos podem ser classificados em:
circuitos em série, em paralelo ou mistos (quando há ligações em série e em paralelo no
mesmo circuito).
Circuito elétrico em série
No circuito elétrico em série, os elementos são conectados no mesmo fio e só há um
caminho para a passagem da corrente elétrica. Por esse motivo, a corrente elétrica é igual em
todos os elementos do circuito. O mesmo não pode ser dito a respeito da tensão elétrica, que
cai à medida que a corrente elétrica passa por esses elementos.
6
Imagem 5 -No circuito elétrico em série, os elementos são ligados ao longo do mesmo fio.
Circuito elétrico em paralelo
No circuito elétrico em paralelo, há pelo menos dois caminhos em que a corrente
elétrica pode fluir. Nesse caso, todos os elementos que estão conectados em paralelo ficam
submetidos à mesma tensão, no entanto a corrente que passa por cada fio depende da
resistência elétrica do elemento que se encontra em cada fio.
Imagem 6 - No circuito elétrico em paralelo, a corrente elétrica tem mais de um caminho para percorrer.
Além dos circuitos em série e em paralelo, existe o circuito misto. Nos circuitos
mistos, há dispositivos conectados tanto em série quanto em paralelo no mesmo ramo (fio).4
1.1 Fontes
Um circuito elétrico é feito de elementos. Elementos incluem pelo menos uma fonte. A
fonte é conectada a uma gama de componentes. Nós iremos descrever as fontes e
componentes com abstrações matemáticas ideais. Elementos podem ser tanto fontes quanto
componentes. Fontes fornecem energia para um circuito. Há dois tipos básicos.
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/segunda-lei-ohm.htm
7
Fonte de tensão Fonte de corrente
Componentes aparecem em três tipos básicos, cada um caracterizado por uma
diferente relação de tensão-corrente.
Resistor Capacitor Indutor
Estas fontes e componentes possuem dois terminais ou pontos de conexão. Não
surpreendentemente, eles são referidos como elementos de 2 terminais.4
1.1.1 Fonte de Tensão
A fonte de tensão pode ser uma pilha, uma bateria, um gerador, uma célula foto
elétrica etc. Basicamente existem dois tipos de fonte de tensão: a DC e a AC, também
conhecidas como CC e CA. Os símbolos para estas fontes são estes a seguir:
Imagem 7 - DC e a AC.
1.1.2 Fonte de Corrente Contínua
A fonte de corrente contínua é um tipo de fonte que permite um sentido único para a
corrente em seus terminais. Não confundir esta definição com a de fonte de corrente. Fonte de
corrente é uma fonte que fornece em seus terminais uma corrente fixa, ao contrário da fonte
de tensão, que fornece uma tensão fixa. Mas quando nos referimos a uma fonte de corrente
contínua (fonte CC ou DC como neste tópico), estamos nos referindo a uma fonte de tensão,
mas cuja corrente de saída tem apenas um sentido pré definido.
Exemplo de fonte DC é a pilha ou a bateria do automóvel.
1.1.3 Fonte de Corrente Alternada
8
A fonte de corrente alternada (CA - corrente alternada ou do inglês AC - alternating
current), diferente da contínua, permite que o sentido da corrente elétrica em seus terminais
alterne entre positivo e negativo. Mas aqui, da mesma forma que na fonte de corrente
contínua, estamos nos referindo a uma fonte de tensão.
Exemplo de fonte AC é o gerador da usina hidrelétrica. A energia na tomada de sua casa é
do tipo AC, ou seja, o sentido da corrente ora é positivo ora é negativo.5
1.2 Circuito simples com chave e lâmpada
Generalizamos um circuito elétrico simples como sendo o conjunto de caminhos que
permitem a passagem da corrente elétrica, no qual aparecem outros dispositivos elétricos
ligados a um gerador.6
Imagem 8 - A lâmpada acende quando a chave está fechada.
1.3 Multímetro
De forma bem resumida, o multímetro é um aparelho que tem como função, nas
instalações elétricas, realizar a medida de algumas grandezas elétricas. É um dos mais
populares e é simples de ser utilizado, podendo medir muitas grandezas e condições. Há
vários tipos de multímetro, cada um com função e características específicas. Por exemplo, ele
pode medir a corrente elétrica, a resistência, a tensão e a temperatura.
9
Imagem 9 - multímetros.
Em sua maioria, os Multímetros digitais são separados para medir grandezas em
corrente contínua (DC ou CC, cujo símbolo é um traço reto reto contínuo e outro paralelo e
tracejado) e em corrente alternada (AC ou CA, cujo símbolo é um “til”). A corrente contínua é
o fluxo ordenado de elétrons sempre numa direção constituída pelos pólos positivo e negativo,
gerado por baterias e pilhas. Já a corrente alternada é uma corrente elétrica cujo sentido varia
no tempoe é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro), sendo encontrada nas
tomadas da rede elétrica.7
Imagem 10 - multímetro.
Dentre as grandezas que o multímetro normalmente pode medir estão:
● A corrente elétrica (Alternada ou Contínua)
● A resistência
● A tensão (Contínua ou Alternada)
● A temperatura
Além disso, o multímetro pode medir outras grandezas também.8
2. OBJETIVO
Medir corrente contínua e alternada e tensão contínua e alternada em circuitos simples
com lâmpada.
2.1 Objetivo Específico
Analisar detalhadamente as fontes de tensão utilizadas em cada ocasião e compreender
a montagem de circuito.
10
3. MATERIAIS
3.1 Equipamentos
Alicate amperímetro;
Amperímetro digital simples;
Circuito elétrico;
Interruptor (chave liga/desliga);
Tomada elétrica (fonte do circuito).
3.2 Utensílios
Fio condutor;
Garras jacaré;
Lâmpada incandescente.
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Inicialmente foram apresentados os dois tipos de multímetros: com alicate
amperímetro e o simples. O alicate amperímetro foi um instrumento utilizado para medir a
corrente elétrica. O nome do aparelho faz referência aos ampéres, unidade de medida utilizada
neste tipo de medição. Estes aparelhos são muito utilizados em diversos tipos de indústria. O
multímetro é um aparelho para medir medidas elétricas que são, voltímetro, amperímetro e
ohmímetro que vão de componentes elétricos até grandes tensões.
Imagem 1- multímetros: simples e com alicate amperímetro, respectivamente.
11
4.1 Determinação da tensão
Posteriormente foi realizado o ajuste do alicate amperímetro para que pudesse realizar
a medida de tensão alternada ACV (alternate current voltage) de até 750 V. As pontas de
prova foram colocadas nos bornes específicos do alicate amperímetro (a ponta de prova preta
no “COM” e a ponta de prova vermelha no “VΩ”) e assim, foi realizado a medida da tensão
alternada de uma tomada elétrica, colocando as pontas de prova na fase e no neutro da
tomada.
Imagem 2- medição da tensão alternada na tomada elétrica.
4.2 Medição da corrente alternada
Em seguida, foi medido a corrente alternada ACA (alternate current amperage) de um
circuito elétrico formado por uma lâmpada incandescente, fio condutor e um interruptor que
funcionou como chave liga/desliga. Para realizar tal medida, o alicate amperímetro foi
ajustado para medir corrente alternada de até 20 A e a seguir, foi passado o alicate
amperímetro por apenas um dos condutores.
12
Imagem 3- medição da corrente alternada em circuito elétrico.
4.3 Tensão de entrada e saída
Seguidamente foi conectada a fonte ao equipamento (placa de ensaio) e assim foi
inserida um cabo de ligação no ponto “-” da mola de pressão para o terminal da lâmpada A.
Logo após, inseriu outro cabo no ponto “+” da mola de pressão para a chave 3. E então, com
outro cabo de ligação inseriu na chave 2 para a lâmpada A.
Imagem 4- tensão de entrada.
Em seguida, foram postos os dois pontos de prova (vermelho e preta). O vermelho foi
colocado na mola do terminal da fonte “+” e a preta no “-”. Assim foi determinado a entrada e
saída do dispositivo.
Imagem 5- tensão de saída.
4.4 Medida da corrente contínua
Na medição da corrente contínua foram utilizadas as garras de jacaré fixadas nas
pontas de prova (vermelho e preta). Assim, firmou a ponta de prova preta na lâmpada A e a
ponta de prova vermelha no ponto 2 da chave.
13
Imagem 6- medida da corrente contínua.
4.5 Variação do circuito
Nesta etapa foram observadas as mudanças que poderiam ocorrer quando é ligado a
lâmpada A e ocorria o oposto.
4.6 Determinação das lâmpadas
Na finalização do experimento foi modificada a ponte de prova vermelha para a chave
1 e a preta para a mola da lâmpada A. Assim, foram inseridas os cabos de ligação:
Ponto 2 da chave —------------ + da fonte
Ponto 3 da chave —----------- lâmpada B
Mola “-” da fonte —------------- lâmpada A
Mola “-” da fonte —------------ lâmpada B
Dessa maneira, foi observada qual seria a intensidade da lâmpada A.
Imagem 7- intensidade luminosa da lâmpada A.
14
Posteriormente foi modificada novamente a ponte de prova vermelha para a chave 3 e a preta
para a mola da lâmpada B. Dessa forma, foram inseridas os cabos de ligação:
Ponto 1 da chave —------------ lâmpada A
Ponto 2 da chave —------------ + da fonte
Mola “-” da fonte —------------- lâmpada B
Mola “-” da fonte —------------- lâmpada A
Dessa maneira, foi observada qual seria a intensidade da lâmpada B.
Imagem 8- intensidade luminosa da lâmpada B.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Ao realizar a medida da tensão alternada da tomada, foi registrado uma tensão de 220
V. A tensão nominal da rede elétrica no Estado do Maranhão é 220 V. O calibre dos fios que
vão transportar a energia, por exemplo, são menores em uma tensão de 220 V do que em uma
de 110 V. Isso acontece porque, independentemente da tensão, a potência dos aparelhos
sempre é a mesma. Para suportar o aumento da corrente, os fios precisam de uma espessura
maior. Já em uma instalação de 220 V, os fios podem ter um diâmetro menor, já que a corrente
elétrica necessária para o aparelho funcionar vai ser menor.
Quando realizado a medida da corrente alternada do circuito elétrico simples, foi
obtido que a corrente que estava impelindo a lâmpada era de 0,23 A. A tensão de entrada e
saída, observada logo após, é importante para saber o quanto pode circular de voltagem na
situação. Assim foi visto que entra 218 V e sai 6,42 V, informação necessária para que se
utilize de forma correta e eficaz.
Para a distribuição de eletricidade, o conhecimento da corrente contínua, esse tipo de
corrente elétrica é significativamente mais prático do que a corrente direta, uma vez que é
15
muito mais fácil mudar a tensão elétrica na corrente alternada do que a tensão da corrente
direta, onde resultou em 0, 21 V. Quando analisadas as determinações das lâmpadas consoante
suas classificações é possível a diferença em sua luminosidade e brilho. Dessa maneira, a
lâmpada “A” onde possui 0,21 V transmite menos brilho em comparação a lâmpada “B” que
possui 0,37 V.
6. CONCLUSÃO
Consoante aos resultados apresentados nas análises foi observado que as correntes
elétricas contínua e alternada são responsáveis por transmitir energia elétrica. A tensão
alternada medida na tomada foi de 220 V, igual a tensão nominal (220 V), porém pode ocorrer
variações devido a tensão nominal ao longo da rede de distribuição de energia elétrica, o que
explica as diferenças de tensão no circuito de 6 V.
Dessa forma, foi demonstrado que entra no dispositivo 218 V e sai 6,42 V, informação
necessária. A importância da corrente elétrica é incontestável. Ela constantemente se faz
presente no cotidiano da sociedade — desde objetos simples, como fogões e lâmpadas, até
aparelhos com tecnologia avançada, como computadores e aviões.
16
BIBLIOGRAFIA
1. BORGES, A. T. Modelos mentais de eletromagnetismo. Caderno Catarinense de Ensino de
Física. Florianópolis, v. 15, n. 1, p. 7-31, abr. 1998.
2 HELERBROCK, Rafael. Circuito elétrico. Mundo Educação, 2010. Disponível em:
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/circuito-eletrico.htm. Acesso em: 16 set. 2022.
3. BUCHWEITZ, B.; AXT, R. Questões de física 2. Porto Alegre: Sagra-Luzzatto, 1997.
4. McALLISTER, WILLY . Elementos ideais e fontes. Khan Academy. Disponível em:
https://pt.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-circuit-analysis-topic/circuit-ele
ments/a/ee-ideal-circuit-elements. Acesso em: 16 set.2022.
5. Fonte de Tensão. Disponível em: http://www.eletronpi.com.br/ce-008-fonte-tensao.aspx.
Acesso em: 16 set.2022.
6. SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Circuito Simples"; Brasil Escola. Disponível em:
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/circuito-simples.htm. Acesso em 16 set. 2022.
7. RODRIGUES, Renato. Mundo da Elétrica. Disponível em:
https://www.cpt.com.br/artigos/o-que-e-um-multimetro. Acesso em: 16 set. 2022.
8. MARQUES, Domiciano. Circuito Simples. Brasil Escola, 2021.Disponível em:
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/circuito-simples.htm. Acesso em: 16 set. 2022.
https://pt.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-circuit-analysis-topic/circuit-elements/a/ee-ideal-circuit-elements
https://pt.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-circuit-analysis-topic/circuit-elements/a/ee-ideal-circuit-elements
http://www.eletronpi.com.br/ce-008-fonte-tensao.aspx
https://www.cpt.com.br/artigos/o-que-e-um-multimetro