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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA SEMESTRE 2023.1 PRÁTICA 9: RESISTORES E OHMÍMETRO ALUNO: Ingride Silva de Sousa MATRÍCULA: 542571 CURSO: Engenharia de Petróleo TURMA: 18 PROFESSOR: Afonso Moura Fortaleza - Ce 1 - OBJETIVO. - Identificar resistores; - Determinar o valor da resistência pelo código de cores; - Utilizar o Ohmímetro Digital para medir resistências; - Identificar associação de resistores em série, em paralelo e mista; - Determinar o valor da resistência equivalente de uma associação; - Verificar o funcionamento de um potenciômetro; - Calcular o valor da resistência necessária para proteger um LED e verificar. 2 - MATERIAL. - Resistores (placa com 7 resistores); - Resistores em base de madeira (3 de 1 kΩ e 2 de 3,3 kΩ) - Potenciômetro de 10 kΩ; - Lupa; - Tabela com código de cores; - Cabos (dois médios e quatro pequenos); - Garras jacaré (duas); - LED em base de madeira; - Resistor para proteger o LED; - Multímetro digital; - Fonte de tensão de 5V. 3 - PROCEDIMENTO. Um instrumento usado para medir a resistência diretamente é chamado de ohmímetro. Normalmente, um homímetro é associado a um voltímetro e um amperímetro para formar um único instrumento chamado multímetro. Figura 3.1 - Multímetro digital Minipa ET-1005. Fonte: elaborada pelo autor. Na prática realizada, usamos um multímetro digital com um ohmímetro variando de 200 Ω a 2 MΩ, conforme mostrado na Figura 3.1. A escala de 200 Ω deve ser usada para medir resistências até 200 Ω. A escala de 2 kΩ deve ser usada para medir resistências entre 200 e 2 k , e assim por diante.Ω Ω Iniciamos a prática verificando o ohmímetro e nos foi fornecido as escalas que seria utilizada: 2M 200k , 20k , 2k e 200 .Ω, Ω Ω Ω Ω 2 Logo após, foi a Identificação do Valor da Resistência pelo Código de Cores, que identificamos as cores das faixas de cada resistor e anotamos de acordo com a ordem em que devem ser lidas. Figura 3.1. e determinamos o valor nominal e a tolerância de cada resistor, demonstrada na tabela 3.1. Tabela 3.1 - Identificação da resistência pelo código de cores. R Cores Rnominal Tolerância 1 marrom, preto, amarelo e ouro 10x10 4 Ω 5%± 2 laranja, laranja,vermelho e ouro 33x102Ω 5%± 3 amarelo, branco, branco, prata e marrom 4,99Ω 1%± 4 marrom, cinza, marrom e ouro 180Ω 5%± 5 vermelho, violeta, marrom e ouro 270Ω 5%± 6 amarelo, violeta, preto, preto e marrom 470Ω 1%± 7 cinza, vermelho, marrom e ouro 820Ω 5%± fonte: o próprio autor O próximo passo é a Medida da Resistência. o mesmo valor nominal iremos utilizar na tabela 3.2, medimos com o Ohmímetro Digital os valores das resistências e inserindo na Tabela 3.2, anotamos também a escala utilizada do ohmímetro em cada caso. E Determinamos os erros percentuais da medida em relação ao valor nominal. Tabela 3.2 - Valores medidos de resistência e determinação do erro. R Rnominal Rmedido Escala Erro (%) 1 10x10 4 Ω 97,300k 200kΩ 2,7% 2 33x102Ω 3,240k 20kΩ 1,8% 3 4,99Ω 05,30Ω 200Ω 6,21% 4 180Ω 177,2 Ω 200Ω 1,5% 5 270Ω 268,0 k 2kΩ 0,7% 6 470Ω 465,0 k 2kΩ 1,06% 7 820Ω 816,0k 2kΩ 0,48% fonte: o próprio autor O próximo procedimento foi na Associação de Resistores. Ao conectar resistores, você pode conectá-los de duas maneiras principais: série ou paralelo. Em uma combinação de resistores em série, como mostra na figura 3.2, o terminal de saída do primeiro resistor deve ser conectado ao terminal de entrada do segundo resistor. O segundo terminal de saída deve ser conectado ao terceiro terminal de entrada. Figura 3.2 - Resistores em série. Fonte: produzido pelo autor do “Roteiro - prática 09” disponível pelo classroom turma 18. 3 Acesso 19 de junho de 2023 A resistência elétrica equivalente RE de uma conexão em série é igual à soma das resistências elétricas dos resistores conectados. RE = R1 + R2 + R3 + … Em uma combinação paralela de resistores, os terminais de entrada de todos os resistores devem ser conectados ao mesmo ponto A e os terminais de saída de todos os resistores devem ser conectados ao mesmo ponto B, como mostra a Figura 3.3. Figura 3.3 - Resistores em paralelo. Fonte: produzido pelo autor do “Roteiro - prática 09” disponível pelo classroom turma 18. Acesso 19 de junho de 2023. Sabendo disso, identificamos os resistores fornecidos (montados em base de madeira) pelo valor nominal e medimos com o homímetro as resistências correspondentes. Anotamos os resultados na Tabela 3.3. Tabela 3.3 - Identificação dos resistores fornecidos. RNOMINAL ( )Ω RMEDIDO ( )Ω 1 kΩ 0,999k 1 kΩ 0,986k 1 kΩ 1,004k 3,3Ω 3,29k 3,3Ω 3,30k fonte: o próprio autor Após, associamos três resistores de 1000 em série e medimos a resistênciaΩ equivalente, que o valor foi: 3,08kΩ repetimos o mesmo procedimento, porém os três resistores de 1000 em paralelo,Ω valor foi: 0,33k .Ω E associamos três resistores em uma associação mista, conforme a Figura 3.4, sendo R1 = R3 = 1000 e R2 = 3300 e medimos a resistência equivalente, valor foi 1,77k .Ω Ω Ω Figura 3.4 - Associação mista de resistores. Fonte: produzido pelo autor do “Roteiro - prática 09” disponível pelo classroom turma 18. Acesso 19 de junho de 2023. Relacionamos um resistor de 1000 Ω a um de 3300 Ω em série e também medimos a resistência equivalente. Sempre observando que a resistência equivalente é maior do que a maior resistência da associação, valor foi: 4,27k . Realizamos o mesmo procedimento,Ω porém em associação em paralelo e o valor foi:0,78k .Ω No decorrer do potenciômetro descobrimos que ele consiste basicamente em uma película ou fio de carbono que movimenta o cursor alterando o valor do resistor entre seus 4 terminais. A figura 3.5, mostra um potenciômetro e sua estrutura interna. Comercialmente, um potenciômetro é definido pelo valor máximo de resistência impresso no invólucro. Obtivemos o valor nominal do potenciômetro fornecido. R = 10kΩ Figura 3.5 - Potenciômetro e sua estrutura interna. Fonte:produzido pelo autor do “Roteiro - prática 09” disponível pelo classroom turma 18. Acesso 19 de junho de 2023. Ajustamos a resistência do potenciômetro variando a posição do cursor de modo a obter os valores indicados na Tabela 3.4. Medimos a resistência complementar em cada caso e fizemos a soma para obter a resistência total. Tabela 3.4 - Medidas das resistências nos terminais de um potenciômetro. Resistência entre os terminais A e B, RAB ( )Ω Resistência entre os terminais B e C, RBC ( )Ω Soma das Resistências RAB + RBC ( )Ω 3k 7,93 k 10,93Ω 5,91k 5k 10,91Ω 7k 3,92k 10,92Ω 1,95k 9k 10,95Ω fonte: o próprio autor No último procedimento, Cálculo do resistor apropriado para proteger um LED. Onde o que chamamos de LED (do inglês: Light Emitting Diode) os diodos que emite luz quando uma corrente elétrica passa por ele, é amplamente utilizado em dispositivos eletrônicos para iluminar e indicar se um dispositivo está ligado. O caminho da corrente só é importante quando o LED é polarizado positivamente de ânodo para cátodo, portanto, sempre certifique-se de acender corretamente um LED polarizado. Dependendo do LED que você planeja usar, é importante saber a tensão e a corrente de operação, figura 3.6. Esses valores são fornecidos pelo fabricante e estão disponíveis na internet através dos “datasheet” (documento com as especificações técnicas). Para os LEDs mais comuns (verde e vermelho) de 3 mm ou de 5 mm, podemos considerar uma tensão de 2 V e uma corrente de 20 mA. figura 3.6 - Características de funcionamento de alguns LEDs. Fonte: produzido pelo autor do “Roteiro - prática 09” disponível pelo classroom turma 18.Acesso 19 de junho de 2023. Exemplo do relatório para entender como calcular: Considere que queremos utilizar um LED vermelho (tensão 2 V e corrente 20 mA) e dispomos de uma fonte de tensão contínua de 9 V. Nesse caso devemos associar ao LED um resistor em série de tal modo que a tensão da fonte 5 (9V) fique dividida em 2 V sobre o LED e 7 V sobre o resistor e a corrente fique limitada a 20 mA.Podemos então calcular o valor da resistência: V = R.i 350𝑅 = 𝑉𝑖 = 7 0,02 = Ω Calculamos o valor da resistência que foi associada em série a um LED, para limitar a corrente em no máximo 20 mA. Considerando que será utilizada uma fonte de corrente contínua que fornece 5V e que o LED deve funcionar sob tensão de 2 V. E também foi calculado a potência dissipada no resistor e indique o tamanho mínimo do resistor (indicação em fração de Watt) de acordo com os valores indicados na Figura 3.7. 5-2=3 150 ohms30,02 = Por fim, montamos o circuito da Figura 3.7 no circuito da Figura 13 e verificamos se o LED funciona adequadamente e verificamos se o LED funciona adequadamente. Figura 3.7 - Circuito com LED. Fonte: produzido pelo autor do “Roteiro - prática 09” disponível pelo classroom turma 18.Acesso 19 de junho de 2023. Figura 3.8 - Circuito com LED montado pela nossa equipe. fonte: o próprio autor observação: o led não acende, provavelmente está queimado, e foi conferido com o professor. 4 - QUESTIONÁRIO. 1- Um resistor, R1, apresenta as seguintes faixas: Violeta, Marrom, Verde, Vermelho e Marrom. Qual o valor nominal da resistência? E qual a tolerância? R = O valor nominal da resistência do resistor com faixas Violeta, Marrom, Verde, Vermelho e Marrom é 715x Ω = 71,5k , e a tolerância é de ±1%.102 Ω 2- Quais as cores das faixas indicativas do valor nominal de um resistor de 523 Ω e 1 % de tolerância. R = As cores das faixas indicativas do valor nominal de um resistor de 523 Ω com 1% de tolerância são verde, vermelho, laranja e preto. 3- Que é tolerância de um resistor? R = A tolerância significa a variação máxima, para baixo ou para cima do valor nominal, a 6 qual o resistor é capaz de suportar. 4- Um resistor de 820 Ω tem uma tolerância de 5 %. Qual o valor mínimo esperado para o valor da resistência do mesmo? E qual o valor máximo? R = Se um resistor de 820 Ω tem uma tolerância de 5%, o valor mínimo esperado para o valor da resistência é encontrado subtraindo-se 5% do valor nominal e o valor máximo é encontrado adicionando 5% ao valor nominal. Para calcular o valor mínimo esperado: Vmin = 820 Ω - (5% * 820 Ω) Vmin = 820 Ω - (0,05 * 820 Ω) Vmin = 820 Ω - 41 Ω Vmin = 779 Ω Portanto, o valor mínimo esperado para o resistor de 820 Ω, considerando uma tolerância de 5%, é de 779 Ω. Para calcular o valor máximo esperado: Vmin= 820 Ω + (5% * 820 Ω) Vmin = 820 Ω + (0,05 * 820 Ω) Vmin = 820 Ω + 41 Ω Vmin= 861 Ω Portanto, o valor máximo esperado para o resistor de 820 Ω, considerando uma tolerância de 5%, é de 861 Ω. 5- Dois resistores têm valores 180 Ω e 560 Ω respectivamente com tolerâncias de 5 %. Qual a tolerância da associação em série? R = Primeiro, determinamos o valor máximo e mínimo de cada resistor, por meio de sua tolerância, depois, por meio de componentes em série e paralelo, encontramos sua tolerância. R1 (180 Ω) Tolerância de 5% = 0,05 Vmin: 180 Ω - (180 Ω x 0,05) = 180 Ω - 9 = 171 Ω Vmáx: 180 Ω + (180 Ω x 0,05) = 180 Ω +9 = 189 Ω R2 (560 Ω) Tolerância de 5% = 0,05 Vmin: 560 Ω - (560 Ω x 0,05) = 560 Ω - 28 = 532 Ω Vmax: 560Ω + (560 Ω x 0,05) = 560Ω + 28 = 588 Ω A resistência equivalente da associação em série desses dois resistores, é a somas das duas: RE = 180Ω + 560Ω = 740Ω Saber quanto é a variação em relação ao valor nominal, somamos os dois mínimos e os dois máximos de cada resistor para a associação em série: Vmin somados: 171 Ω + 532 Ω = 703 Ω Vmax somados: 588 Ω + 189 Ω = 777 Ω Para a resistência equivalente da associação em paralelo desses dois resistores, temos a relação de um sobre o inverso das duas resistências, assim encontramos essa relação final RE = 560 Ω/3 = 186,67 Ω para o valor nominal. Para entender quanto é a variação em relação ao valor nominal, multiplicamos e dividimos pela soma os dois mínimos e os dois máximos de cada resistor para a associação em paralelo: Vmin = (1/532 Ω)+(1/171 Ω) = 7,727Ω Vmax = (1/588 Ω)+(1/189 Ω) = 6,991 Ω Ω(1/180 Ω + 1/560Ω) = 5% de 7,341 Ω 7 6- Determine teoricamente qual a resistência equivalente à associação em paralelo de 3 resistores iguais de resistência R = 1000 Ω e compare a previsão teórica com o resultado experimental desta prática. Comente os resultados. R = Resistência em série = R1 + R2... + RN, dado que os resistores são iguais podemos determinar que Resistência em série = R*n; n=3*R=1000 = 3kΩ Com base nos resultados da prática, comprovamos que isso é verdade ao associar 3 resistores de 1k em série. 7- Calcule o valor da resistência que deve ser associada em série a um LED, como na Figura 13, para limitar a corrente em no máximo 20 mA. Considere que será utilizada uma fonte de corrente contínua que fornece 12 V e que o LED deve funcionar sob tensão de 2 V. R = V = R.i 𝑅 = 𝑉𝑖 12-2=10 500 ohms100,02 = 4 - CONCLUSÃO Concluímos, portanto, que durante esta prática, enfrentamos desafios significativos ao montar associações em série e paralelo, bem como ao lidar com o circuito contendo o LED. Mesmo com os cálculos corretos, o LED fornecido estava provavelmente queimado, o que nos impediu de acendê-lo. Além disso, observamos erros de até 10% em relação aos resultados teóricos. Apesar das dificuldades encontradas, aplicamos com sucesso o conceito de resistores, aprendendo a calcular sua resistência e utilizando uma tabela de cores para identificar suas propriedades, incluindo as tolerâncias específicas. Também obtivemos resultados práticos ao trabalhar com associações em paralelo, série e híbrida, embora tenhamos encontrado uma margem de erro significativa em relação aos resultados teóricos, chegando a até 10%. Essa experiência nos proporcionou uma compreensão mais aprofundada dos conceitos envolvidos e nos ensinou a lidar com os desafios práticos que podem surgir ao trabalhar com componentes eletrônicos. Embora tenhamos encontrado obstáculos, acreditamos que essa prática tenha sido valiosa para o nosso aprendizado e desenvolvimento na área de eletrônica. 8