Relatório 02 - Associação em série e paralelo.

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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
ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE E PARALELO DE LÂMPADAS - LEI DOS NÓS E LEI
DAS MALHAS
IMPERATRIZ – MA
2022
GLÓRIA MARIA DE OLIVEIRA PAIXÃO
ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE E PARALELO DE LÂMPADAS - LEI DOS NÓS E LEI
DAS MALHAS
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 7
2.1 Objetivo Específico 7
3. MATERIAIS 7
3.1 Equipamentos 7
3.2 Utensílios 8
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 8
4.1 Montagem do circuito 8
4.2 Medição da tensão da fonte 8
4.3 Tensões na lâmpada A,B e C 9
4.4 Correntes em série 10
4.5 Correntes em paralelo 11
4.6 Corrente de entrada I (antes do Nó) 13
4.7 Corrente contínua (série) 14
4.8 Medição da corrente nas lâmpadas 14
4.9 Comparação das lâmpadas 16
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 16
6. CONCLUSÃO 18
BIBLIOGRAFIA 19
4
1. INTRODUÇÃO
Circuito elétrico é uma ligação de dispositivos, como geradores, resistores, receptores,
capacitores, indutores, etc., feita por meio de um fio condutor, que permite a passagem de
cargas elétricas pelos elementos do circuito. A corrente elétrica passa pelo circuito graças à
aplicação de uma diferença de potencial elétrico, produzida por uma fonte de tensão.1
Associação de Resistores em Série
Na associação de resistores em série, os resistores são ligados em sequência. Isso faz
com que a corrente elétrica seja mantida ao longo do circuito, enquanto a tensão elétrica
varia.2
Imagem 1 - Associação de resistores em série.
Assim, a resistência equivalente (Req) de um circuito corresponde à soma das
resistências de cada resistor presente no circuito:
Req = R1 + R2 + R3 +...+ Rn
Associação de Resistores em Paralelo
A ligação paralela, que também é conhecida como circuito paralelo, é um circuito
composto somente por componentes elétricos ou eletrônicos ligados em paralelo, ou seja,
possuem dois pontos em comum, sendo que a corrente elétrica se divide proporcionalmente
ao valor de cada componente.
Imagem 2 - Associação em paralelo.
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Lâmpadas Associadas em Série
No circuito de lâmpadas associadas em série, as lâmpadas são conectadas no mesmo
fio e só há um caminho para a passagem da corrente elétrica. Por esse motivo, a corrente
elétrica é igual em todas as lâmpadas 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.
Imagem 3 - Associação de lâmpadas em série.
Lâmpadas Associadas em Paralelo
No circuito de lâmpadas associadas em paralelo, há pelo menos dois caminhos em que
a corrente elétrica pode fluir. Nesse caso, todas as lâmpadas que estão conectadas em paralelo
ficam submetidas 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 4 - Associação em paralelo.
As luzes de natal
O conjunto de lâmpadas usado em enfeites natalinos é geralmente composto de
lâmpadas associadas em série. A inconveniência dessa associação é que, se uma delas se
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queimar, todas as que estiverem em série com ela serão apagadas. Isso ocorre porque o
circuito se abre, interrompendo a passagem da corrente elétrica.
Imagem 5 - Luzes de Natal em série.
Leis de Kirchhoff
As Leis de Kirchhoff são utilizadas para encontrar as intensidades das correntes em
circuitos elétricos que não podem ser reduzidos a circuitos simples. Constituídas por um
conjunto de regras, elas foram concebidas em 1845 pelo físico alemão Gustav Robert
Kirchhoff (1824-1887), quando ele era estudante na Universidade de Königsberg.
A 1ª Lei de Kirchhoff é chamada de Lei dos Nós, que se aplica aos pontos do circuito
onde a corrente elétrica se divide. Ou seja, nos pontos de conexão entre três ou mais
condutores (nós).
Já a 2ª Lei é chamada de Lei das Malhas, sendo aplicada aos caminhos fechados de um
circuito, os quais são chamados de malhas.
Imagem 6 - Leis de Kirchhoff.
Antes de ver as Leis de Kirchhoff, vamos revisar alguns conceitos importantes para a
compreensão dessas leis. A figura abaixo ilustra um circuito elétrico, vamos ver esses
conceitos a partir dela:
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Imagem 7 - Malhas.
● Nó: é o ponto do circuito onde a corrente se divide ou seu une.
● Ramos: conexões entre nós consecutivos, onde a corrente (I) é sempre constante.
Além disso, a quantidade de ramos num circuito é a mesma que a quantidade de
elementos (ex. Na Figura acima temos três ramos, pois temos dois resistores e uma
fonte).
● Malha: são os caminhos fechados, que vão de um nó até outro nó, onde a soma dos
potenciais é zero.4
2. OBJETIVO
Medir a tensão na fonte de uma associação em paralelo de três lâmpadas e medir a
tensão em cada lâmpada. Como também, medir a tensão de entrada de um circuito de três
lâmpadas associadas em série e a tensão em cada lâmpada.
2.1 Objetivo Específico
Analisar detalhadamente as fontes de tensão utilizadas em cada ocasião e compreender
a montagem de circuito, consoante a Lei dos Nós e a Lei das Malhas.
3. MATERIAIS
3.1 Equipamentos
Amperímetro digital simples;
Circuito elétrico;
Interruptor (chave liga/desliga);
Circuito de 3 lâmpadas em paralelo;
Circuito de 3 lâmpadas em série.
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3.2 Utensílios
Fio condutor;
Garras jacaré.
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1 Montagem do circuito
Inicialmente foi conectada a fonte ao equipamento (placa de ensaio) e assim foi
inserido um cabo de ligação no ponto “-” da mola de pressão para a chave 2. Logo após,
inseriu outro cabo no ponto “+” da mola de pressão para a lâmpada C. Foi inserido também
um cabo na chave 1 para a lâmpada A. Posteriormente foi interligado um cabo de ligação
pequeno da lâmpada A para a lâmpada B e em seguida, da lâmpada B para a C. Foi analisada
a intensidade das lâmpadas e a tensão da fonte.
Imagem 8- Montagem do circuito. Imagem 9 - Intensidade luminosa das lâmpadas. Imagem 10 -
Intensidade luminosa na lâmpada B.
4.2 Medição da tensão da fonte
Segundamente 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 determinada a
tensão da fonte.
9
Imagem 11 - Tensão na fonte.
4.3 Tensões na lâmpada A,B e C
Em seguida foi analisada a tensão em cada lâmpada, para isso, foi necessário a
inserção das pontas de prova. A vermelha foi conectada de um lado da lâmpada A e a preta do
outro lado.
Imagem 12 - Tensão na lâmpada A.
Logo após foi modificado a pontas de prova vermelha para o pólo (-) da lâmpada B e a
ponta de prova preta para o pólo (+) da lâmpada.
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Imagem 13 - Tensão na lâmpada B.
A seguir, foi medido a tensão na lâmpada C. Assim foi modificado a pontas de prova
vermelha para o pólo (-) da lâmpada C e a ponta de prova preta para o pólo (+) da lâmpada.
Imagem 14 - Tensão da lâmpada C.
4.4 Correntes em série
O passo seguinte foi realizar a medida de corrente. Foi feita a conexão das pontas de
prova em série, conectando a ponta de prova vermelha no polo positivo da lâmpada A e a
ponta de prova preta na chave 1. Em seguida, foi ajustado o multímetro para que o mesmo
pudesse realizar a medida de corrente contínua de até 10 A e assim, foi medido a corrente que
estava alimentando toda a associação de lâmpadas.
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Imagem 15 - Medição da corrente.
Para analisar a capacidade das lâmpadas foi visto cada um delas.
Imagem 16 - Lâmpada A. Imagem 17 - Lâmpada B. Imagem 18 - Lâmpada C.
4.5 Correntes em paralelo
Inicialmente, foi realizada a medida de tensão na fonte de um circuito de três lâmpadas
em paralelo.
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Imagem 19 - Série em paralelo.
Para tal, foi acopladoas pontas de prova de um multímetro digital às garras jacaré,
com o intuito de se obter uma melhor fixação no momento de medir a tensão da fonte do
circuito.
Imagem 20 - circuito de três lâmpadas em paralelo.
Em seguida, foi ajustado o multímetro para que o mesmo pudesse medir tensão
contínua de até 20 V, as pontas de prova foram colocadas nos bornes específicos do alicate
amperométrico e realizou-se a medida de tensão em paralelo, já que as pontas de prova foram
conectadas em paralelo.
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Imagem 21 - Medida de tensão na fonte do circuito em paralelo.
Em seguida, foi realizada a medida de tensão em cada lâmpada. Novamente, a medida
de tensão foi realizada em paralelo, ou seja, as pontas de prova foram conectadas em paralelo.
Imagem 22 - Medida de tensão na lâmpada A. Imagem 23 - Medida de tensão na lâmpada B. Imagem
24 - Medida de tensão na lâmpada C.
4.6 Corrente de entrada I (antes do Nó)
O passo seguinte foi realizar a medida de corrente. Para tal, foi retirado o condutor
azul que havia entre a chave e o nó do circuito de 3 lâmpadas em paralelo e fez-se a conexão
das pontas de prova em série, conectando a ponta de prova vermelha na ilha de conexão 6 e a
ponta de prova preta na chave 1. Em seguida, foi ajustado o multímetro para que o mesmo
pudesse realizar a medida de corrente contínua de até 10 A e assim, foi medido a corrente que
estava alimentando toda a associação de lâmpadas.
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Imagem 25 - Medida de corrente que estava alimentando toda a associação de lâmpadas.
4.7 Corrente contínua (série)
Em seguida, realizou-se a medida de tensão em um circuito de três lâmpadas
associadas em paralelo. Assim, foi medido a tensão de entrada no circuito e as tensões nas
lâmpadas A, B e C.
Imagem 26 - Montagem do circuito. Imagem 27 - Circuito com as lâmpadas ligadas. Imagem 28 -
Corrente contínua.
4.8 Medição da corrente nas lâmpadas
Posteriormente, foi realizada a medição da corrente na lâmpada A, onde foi posta a
ponta de prova preta no nó do circuito 6 e a vermelha no pólo (+) da lâmpada A.
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Imagem 29 - Medida de tensão na lâmpada A.
Foi realizada a medição da corrente na lâmpada B, onde foi posta a ponta de prova
preta no nó do circuito 6 e a vermelha no pólo (+) da lâmpada B.
Imagem 30 - Medida de tensão na lâmpada B.
Foi realizada a medição da corrente na lâmpada C, onde foi posta a ponta de prova
preta no nó do circuito 6 e a vermelha no pólo (+) da lâmpada C.
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Imagem 31 - Medida de tensão na lâmpada C.
4.9 Comparação das lâmpadas
Logo após foi analisada a comparação entre as três lâmpadas presentes no circuito.
Imagem 32 - Comparação das lâmpadas.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Ao realizar a medida da tensão contínua na fonte do circuito de três lâmpadas
associadas em série das tensões nas lâmpadas A, B e C, foi obtido os seguintes resultados:
Tabela 1: Tensões para o circuito de 3 lâmpadas associadas em série.
Elemento do circuito Tensão
Tensão da fonte 6,35 V
Lâmpada A (𝑉
𝐴
) 2,52 V
Lâmpada B (𝑉
𝐵
) 0,79 V
Lâmpada C (𝑉
𝐶
) 2,84 V
Fonte: autora, 2022
Nota-se que a associação em série apresenta intensidades diferentes. Assim, a lâmpada
B possui luminosidade superior às demais, e ainda apresenta menos intensidade, onde a
tensão é menor. Dessa forma, foi realizada a análise dos dados e calculando a tensão das
lâmpadas para comparar com a tensão da fonte.
+ + = 6,15 V𝑉
𝐴
𝑉
𝐵
𝑉
𝐶
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2,52 V + 0,79 V + 2,84 V = 6,15 V
6,12 V = 6,15 V
Dessa maneira, foi visto que a voltagem da fonte é igual a soma das voltagens das três
lâmpadas. Assim é entendido a lei das malhas associada à lei da conservação de energia. Ela
indica que quando percorremos uma malha em um dado sentido, a soma algébrica das
diferenças de potencial (ddp ou tensão) é igual a zero.
+ +𝑉
𝐹𝑂𝑁𝑇𝐸
≈ 𝑉
𝐴
𝑉
𝐵
𝑉
𝐶
Dessa forma, observa-se que, na associação em série, a tensão nas lâmpadas diferem
uma pequena quantidade da tensão de entrada, mas devido à conservação de energia, a soma
das tensões de cada lâmpada é aproximadamente a tensão de entrada. Ademais, observou-se
também que na associação em série as lâmpadas possuem luminosidade alterada, ou seja, não
brilham de forma uniforme.
Ao realizar a medida da tensão contínua na fonte do circuito de 3 lâmpadas associadas
em paralelo e das tensões nas lâmpadas A, B e C, obteve-se os seguintes resultados:
Tabela 2: Tensões para o circuito de 3 lâmpadas associadas em paralelo.
Elemento do circuito Tensão
Tensão da fonte 6,12 V
Lâmpada A (𝑉
𝐴
) 5,61 V
Lâmpada B (𝑉
𝐵
) 5,51 V
Lâmpada C (𝑉
𝐶
) 5,43 V
Fonte: autora, 2022.
Dessa forma, observa-se que na associação de lâmpadas em paralelo, todas as
lâmpadas ficaram submetidas à tensão de entrada (tensão na fonte). Embora tenha-se notado
uma pequena queda de tensão devido ao próprio circuito, os valores de tensão nas lâmpadas
A, B e C são aproximadamente o valor da tensão de entrada.
𝑉
𝐹𝑂𝑁𝑇𝐸
≈ 𝑉
𝐴
≈ 𝑉
𝐵
≈ 𝑉
𝐶
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As correntes que passam em cada lâmpada apresentam tais características:
Tabela 3: Correntes das 3 lâmpadas associadas em paralelo.
Elemento do circuito Ampére
Corrente contínua 0,75 A
Lâmpada A 0,20 A
Lâmpada B 0,36 A
Lâmpada C 0,17 A
Fonte: autora, 2022.
Dessa maneira, foi calculado
I - ( + + ) = 0𝐼
𝐴
𝐼
𝐵
𝐼
𝐶
I = + +𝐼
𝐴
𝐼
𝐵
𝐼
𝐶
0,75 A = 0,20 A + 0,36 A + 0,17 A
0,75 A = 0,73 A
Ao realizar a medida da corrente que estava alimentando todo o circuito de lâmpadas
associadas em paralelo, registrou-se uma corrente de 0,75 A. Assim, os valores são
experimentalmente iguais.
6. CONCLUSÃO
Consoante aos resultados apresentados nas análises foi observado que a fonte do
circuito de três lâmpadas associadas em série, registrou-se uma tensão de 6,35 V. Já as tensões
nas lâmpadas A, B e C, foram, respectivamente: 2,52 A, 0,79 A e 2,84 A. A medida da
corrente que estava alimentando todo o circuito de lâmpadas associadas em paralelo, registrou
uma corrente de 0,75 A. No circuito de três lâmpadas associadas em paralelo, registrou-se
uma tensão de 6,12 V. Já as tensões nas lâmpadas A, B e C, foram, respectivamente: 5,61 V,
5,51 V e 5,43 V.
Dessa forma, é notado que na associação em série possui a mesma corrente, mas a de
maior potência brilhava menos, porque tinha que dividir com as demais lâmpadas. No circuito
em série, é a tensão que pode ser diferente, enquanto a corrente elétrica é a mesma. Para a
associação em paralelo a tensão será a mesma em todos os pontos do circuito e a corrente
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poderá variar. Quando foi observado as lâmpadas ligadas, vê-se que a lâmpada B é mais
brilhosa com maior corrente e potência maior, assim, possui o custo mais elevado. É
importante mencionar que todas as conexões industriais e residenciais são feitas em paralelo.
BIBLIOGRAFIA
1 HELERBROCK, Rafael. Circuito elétrico. Mundo Educação, 2010. Disponível em:
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/circuito-eletrico.htm. Acesso em: 25 set.2022.
2 GOUVEIA, Rosimar. Associação de Resistores. Toda Matéria. Disponível em:
https://www.todamateria.com.br/associacao-de-resistores/ . Acesso em: 25.set.2022.
3 Companhia Das Ciências – 9º Ano – Usberco, Joao; Salvador,Edgard; Manoel Martins,José;
Schechtmann,Eduardo; Ferrer,Luiz Carlos; Martin Velloso,Herick.
4 MORAIS, Paulo Victor. Aula III – Leis de Kirchhoff. Aula de Laboratório de Física.
Universidade Estadual Paulista (UNESP). Disponível em: <
https://www.iq.unesp.br/Home/Departamentos/FisicoQuimica/laboratoriodefisica/aula-iii_as_l
eis_de_kirchhoff.pdf>. Acesso: 25.set.2022.
https://www.todamateria.com.br/associacao-de-resistores/
https://www.iq.unesp.br/Home/Departamentos/FisicoQuimica/laboratoriodefisica/aula-iii_as_leis_de_kirchhoff.pdf
https://www.iq.unesp.br/Home/Departamentos/FisicoQuimica/laboratoriodefisica/aula-iii_as_leis_de_kirchhoff.pdf