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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE SEMESTRE 2023.1 PRÁTICA 01 – MEDIDAS ELÉTRICAS ALUNO: Bruno Queiroz da Silva - 510233 INTEGRANTES DA BANCADA: Bruno Queiroz da Silva, Wanderson Xavier Soares, Suzana Natacha Carneiro Santos e Milena da Silva dos Santos TURMA: 02 PROFESSOR: José Alves de Lima Junior DATA E HORA DA REALIZAÇÃO DA PRÁTICA: 20/03/20223 ÀS 14:00h 2 OBJETIVOS Utilizar o multímetro digital para medir resistências, voltagens e correntes elétricas; Verificar que a corrente que passa em cada um dos resistores em umas associações de resistores em série é sempre a mesma; Verificar que numa associação de resistores em paralelo os mesmos estão sob a mesma diferença de potencial; Determinar a resistências equivalentes de uma associação de resistores em série, paralelo e numa associação mista. MATERIAL Multímetro digital; Três resistores em bases de madeira (R1 = 470 Ω, R2 = 1 kΩ , R3 = 3,3 kΩ ); Cabos ( dois médios e quatro pequenos ). INTRODUÇÃO Introduzindo, podemos compreender que o multímetro digital, acaba sendo um instrumento para realizar algumas medidas elétricas. No entanto, constitui-se de uma ohmímetro, acaba sendo utilizado para medir as resistências, e voltímetro, que acaba sendo possível fazer a medição da diferença de potencial. E, por fim o amperímetro que mede a corrente elétrica. Além disso, os resistores podem ser associados em varias formas, tais como série, paralelo e misto. Com isso, segundo Halliday, no livro Fundamentos da Física 3 (2013), podemos definir a associação em série como uma resistência equivalente, sendo a soma das resistências associadas, o „n‟ o número de resistores: Requivalente = R1 + R2 +......+ Rn Dando continuidade, podemos observar o acontecimento inverso da resistência equivalente passa a ser dada pela soma dos inversos das resistências envolvidas, quando a retratada na associação paralela. ( 1 / Requivalente ) = (1 / R1) + ( 1 / R1 )+ ( 1 / R2 ) + ... + ( 1 / Rn ) 3 No ohmímetro, acaba possuindo varias escalas, desta forma, quando deseja-se medir uma resistência de valor, que acabe sendo maior que uma escala utilizada, acaba aparecendo uma leitura no visor do aparelho “OL” (over load), inclusive é uma forma de indicar que deve mudar para uma escala maior. Além disso, o ohmímetro, não deve ser associado a nenhum resistor alheio em algum experimento, além não poder tocar nos pontos de prova, pois com esse ato o resultado pode ser alterado. Na medição de uma tensão, pode-se compreender que tem uma medida da diferença de potencial entre dois pontos dados, além de possuir dois tipos de tensões, as continuas e as alternadas, que acaba possuindo uma frequência de 60 Hz. Na utilização de um voltímetro , caso de não conhecer o aparelho, recomenda-se a usar uma escala maior no disponível e reduzir até o apropriado, conforme Nildo Loiola. Por fim, conforme o Gualter em tópicos de física vol 3, observa-se que a corrente elétrica, acaba sendo um movimento ordenado de portadores de cargas elétricas. Que apara medição de uma corrente elétrica, acaba passando em um componente os eletrônicos. Logo abaixo na figura 1.1, uma demonstração de multímetro: Figura 1.1: Ilustração de multímetro: Fonte: Figura gerada na página https://ajuda.softruck.com/como-medir-a-tens%C3%A3o-utilizando- um-mult%C3%ADmetro . Acesso em: 24/03/2023 https://ajuda.softruck.com/como-medir-a-tens%C3%A3o-utilizando-um-mult%C3%ADmetro https://ajuda.softruck.com/como-medir-a-tens%C3%A3o-utilizando-um-mult%C3%ADmetro 4 PRÉ- LABORATÓRIO Figura 1.2: Exemplo de ciruicto para medidas de corrente e tensão. Fonte: Elaborado pelo autor. 1. No circuito da Figura 1.3, E = 20 V e os valores nominais das resistências são: R1 = 100 Ω; R2 = 2,4 kΩ e R3 = 600 Ω. Considere que você dispõe de um voltímetro com as escalas (200 mV; 2 V; 20 V; 200 V e 1000 V) e um amperímetro com as escalas (200 µA; 2 mA; 20 mA; 200 mA e 10 A). Calcule os valores esperados para: 2. As tensões em R1. R2 e R3. Indique também, em cada caso, a escala apropriada do voltímetro para efetuar a medida 3. As correntes em R1. R2 e R3. Indique também, em cada caso, a escala apropriada do amperímetro para efetuar a medida. PROCEDIMENTO PROCEDIMENTO 1: Medidas elétricas numa associação de resistores em série. 4. Foi regulada a fonte de tensão em 10 Vcc. Verificando com um voltímetro e ajustando se necessário. Antes de medir escolha no voltímetro foi escolhida uma escala apropriada para as tensões a serem medidas. Req = (R1 x R2)/ (R1 + R2) = (2400*600)/ (240+600) = 480Ω Circuito completo: Req tot = Req + R1 = 480+100 = 580 Ω Corrente do circuito: i= 20/580 = 0,034 A Para achar a tensão em cada resistor: R1 = U = R*i = 100*0,03 = 3V R2 = R3: 20-3-U=0 -> U=17V R1 : i = 3/100 = 0,03 A R2 : i = 17/2400 = 0,007 A R3: i = 17/600 = 0,02 A 5 5. Foi montado o circuito da Figura 1.2. 6. Foram medidas as tensões sobre os resistores R1, R2 e R3, respectivamente e anotado na Tabela 1.1. Foi também a tensão total sobre os três resistores e anote. Lembrando que o voltímetro deve ser ligado em PARALELO. Figura 1.3: Circuito para o Procedimento 1. Fonte: Elaborado pelo autor. 7. Usando os valores nominais das resistências foi calculada a resistência total do circuito da Figura 1.3. Calculando a corrente esperada teoricamente e escolhido uma escala de corrente apropriada no multímetro. 8. Medindo o corrente total It na saída da fonte e anotando na Tabela 1.1. E também a corrente na saída de cada um dos resistores e anotando. Foram medidas as resistências individualmente. E também as três resistências associadas em série, RT. Anotando na tabela 1.1. Lembrando de que as resistências não podem ser medidas conectadas ao circuito. Tabela 1.1: Medidas no circuito do procedimento 1. Fonte: Elaborado pelo autor. Sendo R1 = 470 Ω, R2 = 1 kΩ , R3 = 3,3 kΩ, podemos ver que Rtotal = 470+1+3,3 = 4770 Ω Calculando a corrente total temos: Rtotal = 4770, U = 10 V -> Itotal = 10 / 4770 = 2,10 mA ou 0,002 A Sendo a escala do multímetro: 6 mA 6 PROCEDIMETENTO 2: Medidas elétricas numa associação de resistores em paralelo. 1. Utilizando a fonte de tensão em 10 Vcc. Foi Verificado com um voltímetro e ajustando se necessário. 2. Foi medida com o ohmímetro a resistência (RT) equivalente aos três resistores associados em PARALELO e anotando na Tabela 1.2. E também os valores das resistências medidos no procedimento 4. 3. Calculando a corrente esperada teoricamente em cada resistor e a corrente total no circuito. Foi Indicado na qual a escala de corrente apropriada no multímetro em cada caso. 4. Foi montado o circuito da Figura 1.4. E medido as correntes nos resistores R1, R2 e R3, respectivamente e anotado na tabela 1.2 Figura 1.4: Circuito para o Procedimento 2. Fonte: Elaborado pelo autor. 5. Foi medido a corrente I(total) na saída da fonte e anotado na Tabela 1.2. 6. Calculando a tensão sobre cada resistor (R1, R2 e R3) multiplicando a corrente obtida no procedimento 4 pelo valor da resistência medida no procedimento 1. Foram I1 = U(v) / R(Ω) -> 10/470 = 20,27 mA -> Escala: 60mA I2 = U(v) / R(Ω) -> 10/1000 = 10 mA -> Escala 60mA I3 = U(v) / R(Ω) -> 10/3300 = 3,03 mA -> Escala : 6mA Itotal = 1,57 A -> Escala 20A 7 também calculado o produto RT x IT e anotado na Tabela 1.2. Tabela 1.2 : Medidas no circuito do procedimento 2. Fonte: Elaborado pelo autor. PROCEDIMENTO 3: Medidas elétricas numa associação de resistores em mista. 1. Foi regulada a fonte detensão em 10 Vcc. E montado o circuito da Figura 1.5. Figura 1.5: Circuito para o Procedimento 3. Fonte: Elaborado pelo autor. 2. Foram medidas as tensões sobre os resistores R1, R2 e R3, respectivamente e anotado na tabela 1.3. E foi também a tensão total sobre os três resistores e anotado na Tabela 1.3. 8 Tabela 1.3: Medidas no circuito do procedimento 3. Fonte: Elaborado pelo autor. 3. Foi Calculada a corrente esperada teoricamente em cada resistor e a corrente total no circuito. Indicado qual a escala de corrente apropriada no multímetro em cada caso. 4. E foi medida as correntes nos resistores R1, R2 e R3, respectivamente e anotado na tabela 1.3.. Ainda, com base nos valores medidos da Tabela 1.3, foi determinado a resistência equivalente dos dois resistores em paralelo. Determinando também a resistência equivalente da associação mista. E anotado na Tabela 1.4 Resistores em paralelo: Req = (R1 x R2)/ (R1 + R2) = (470*1000)/(470+1000) = 319,7 Ω Circuito completo: Rtot = R3 + Req = 319,7+3300 = 3619,7 Ω Corrente no circuito completo é: I = Ufonte (V) / Rtot(Ω) = 10/3619,7 = 0,0028 A R3 = U=R*i = 3300*0,0028 = 9,24V R1 = R2 (Resistores paralelos): 10 - 9, 24 -U = 0 -> U = 0,76V A corrente de cada resistor é: R1 = U(v) / R(Ω) -> 0,76/470 = 0,002A -> Escala: 60μA I2 = U(v) / R(Ω) -> 0,76/1000 = 0,0008A -> Escala 60 μA I3 = U(v) / R(Ω) -> 9,24/3300 = 0,0028 mA -> Escala : 6 μA Rtot = 0,002+0,0008+0,0028=0,0056 A -> Escala 60 μA Resistências individuais: R1 = 0,857 V / 0,0001691 A = 506,8 Ω R2 = 0,859 V / 0,00084 A = 1022,6 Ω R3 = 8,69 V / 0,002631 A = 3302,9 Ω Resistência em paralela: ((506,8*1022,6)/(506,8+1022,6)) = 338,9 Ω Resistência mista: Req = Req paralelo + R3 = 338,9+3302,9 = 3641,8 Ω 9 Tabela 1.4: Medidas no circuito do procedimento 3. Fonte: Elaborado pelo autor. QUESTIONÁRIO 1. Com base nos resultados experimentais do PROCEDIMENTO 1, que conclusão podemos tirar sobre a corrente elétrica em resistores associados em série? RESPOSTA: Podemos retratar que a soma total das tensões em cada resistor que está associado em série. Acaba sendo igual ao valor da fonte de tensão ligado ao circuito. Além disso, é possível confirmar que a corrente que passa pelos resistores em serie é sempre a mesma. Logo, a divisão entre a tensão e a corrente ou V/A, acaba dizendo do resistor ou Ω. 2. Verifique com os valores experimentais da Tabela 1.1 a relação para a resistência equivalente de resistores associados em série. Comente. RESPOSTA: Pode-se concluir que a resistência equivalente na associação de resistores em série, acaba sendo a soma total das resistências. 3. Com base nos resultados experimentais do PROCEDIMENTO 2, que conclusão podemos tirar sobre a diferença de potencial nas extremidades de resistores associados em paralelo? RESPOSTA: Acaba concluir que a tensão em cada resistor associado em paralelo é a mesma para todos, sendo o igual ao da fonte de tensão ligado ao circuito da pratica. 4. Verifique com os valores experimentais da Tabela 1.2 (três resistores) e Tabela 1.4 (dois resistores) a relação para a resistência equivalente de resistores associados em paralelo. Comente. RESPOSTA: A resistência equivalente dos resistores em paralelo, pode ser mostrada de acordo com a formula : Req = (R1 * R2) / (R1 + R2) Ω 5. Calcule teoricamente a resistência equivalente da associação mista de resistores da Figura 1.7 e compare com o valor medido experimentalmente. Comente os resultados. RESPOSTA: Em paralelo: Req = (R1 * R2) / (R1 + R2) -> (470*1000) / (470+1000) = 319,7 Ω 10 Em mista: Req = Req paralelo + R3 = 319,7+3300 = 3619,7 Ω Quando comparado os valores medidos experimentalmente, pode-se observar que os valores estarem bem próximos a medição foi feita correta. 6. Calcule as correntes esperadas em cada resistor utilizado no PROCEDIMETO 3, caso o circuito tivesse sido montado erroneamente como na Figura abaixo. Fonte: Elaborado pelo autor. RESPOSTA: Primeiro tirar a resistência equivalente nos resistores em paralelo e em série: Req = (R1 * R2) / (R1 + R2) -> (470*3300)/(470+3300) = 411,4 Ω Circuito completo: Req = Req paralelo + R3 -> 411,4+1000=1411,4 Ω I = U/R = 10 / 1411,4 = 0,0071 A Achando a tensão de cada resistor: R2: U = R*i = 1000*0,0071 = 7,1 V R1 = R3 : 10-7,1-U=0 -> U = 2,9V Corrente de cada resistor: R1 : i = 2,9/470 = 0,0062 A R2: i = 7,1/ 1000 = 0,0071 A R3: i = 2,9/3300 = 0,00088 A CONCLUSÃO Podemos concluir depois desta pratica finalizada que o multímetro é um aparelho usado para fazer várias medidas elétrico, como voltímetro, ohmímetro e o amperímetro que acaba sendo citado ao longo da prática. Logo após teve um procedimentos envolvendo essas medições, com alguns circuitos de resistores em série, paralelos e mistos, onde foi tiradas as tensões, correntes e resistências. 11 Assim, podemos concluir que o uso das escalas apropriadas no multímetro, a precisão da medida, acaba sendo maior. Desta forma, tendo o cuidado de não danificar o aparelho, por motivos que existe varias escala disponível no aparelho. Por fim, foi respondido um questionário envolvendo cálculos sobre a tensão, correntes e resistência. REFERÊNCIAS HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física. 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, c2011 vol 3; Dias, Nildo Loiola, Roteiro de aulas praticas de Física. Penteado, Paulo Cesar m. física Ciência e Tecnologia. Vol 3. Moderna, 1 Ed. Gualter; Newton & helou. Topicos de Fisica 3. Saraiva.4. ed
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