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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA – CT CURSO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL DISCIPLINA FÍSICA GERAL EXPERIMENTAL III Luise Barreto Röpke LEI DE OHM Santa Maria, RS 2022 1 PROBLEMÁTICA Faça variar a Tensão de 1 em 1 volt, anote os dados da corrente e faça um gráfico V(i) [Tensão em função da corrente]. Repita o procedimento para diferentes valores de R (10,100,200,300,400,500,1000 Ohms). Comente a partir do gráfico, as relações entre a corrente e a voltagem e qual o significado físico da inclinação da curva resultante. 2 DESENVOLVIMENTO Sabe-se que é possível encontrar a resistência entre dois pontos de um condutor por meio da seguinte equação: 𝑅 = 𝑉 𝑖 Ainda se tem conhecimento da relação abaixo: 1 𝑂ℎ𝑚 = 1 Ω = 1 𝑉𝑜𝑙𝑡 Á𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 = 1 𝑉 𝐴 = 𝑉 𝐴 Reconhece-se também a seguinte equação: 𝑖 = 𝑉 𝑅 A seguir serão apresentados os resultados para cada experimento. Primeiramente considerou-se uma resistência de 10 Ω. Tabela 1 - 10 Ω. Tens ão Elétri ca 1 (V) Corre nte Elétric a 1 (A) Tens ão Elétri ca 2 (V) Corre nte Elétric a 2 (A) Tens ão Elétri ca 3 (V) Corre nte Elétric a 3 (A) Tens ão Elétri ca 4 (V) Corre nte Elétric a 4 (A) Tens ão Elétri ca 5 (V) Corre nte Elétric a 5 (A) 1 0,1 11 1,1 21 2,1 31 3,1 41 4,1 2 0,2 12 1,2 22 2,2 32 3,2 42 4,2 3 0,3 13 1,3 23 2,3 33 3,3 43 4,3 4 0,4 14 1,4 24 2,4 34 3,4 44 4,4 5 0,5 15 1,5 25 2,5 35 3,5 45 4,5 6 0,6 16 1,6 26 2,6 36 3,6 46 4,6 7 0,7 17 1,7 27 2,7 37 3,7 47 4,7 8 0,8 18 1,8 28 2,8 38 3,8 48 4,8 9 0,9 19 1,9 29 2,9 39 3,9 49 4,9 10 1,0 20 2,0 30 3,0 40 4,0 50 0,0 Fonte: Autora. Após realizar os cálculos observa-se que a variação das grandezas ocorre de forma linear, gerando uma reta, no gráfico o valor de y representa os valores de tensão elétrica e x corresponde aos valores de corrente elétrica. Gráfico 1 – Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com 𝑅 = 10 Ω. Fonte: Autora. A partir disso assume-se que a resistência elétrica corresponde a inclinação da reta, que é encontrada por meio da tangente do ângulo θ. Sabe-se que a tangente é dada pela razão dos catetos oposto e adjacente, que corresponde 𝑅 = 𝑈 𝑖 , encontrando o gráfico abaixo. Gráfico 2 – Corrente X Tensão. Fonte: Google Imagens. 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 0 10 20 30 40 50 60 T e n s ã o E lé tr ic a ( V ) Corrente Elétrica (A) Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com R = 10 Ω Pega-se como exemplo um ponto genérico no gráfico de coordenadas (2;20) encontrando o seguinte: 𝑅 = 𝑡𝑔 = 𝐶𝑂 𝐶𝐴 = 20 2 = 10 Ainda pode-se encontrar o coeficiente angular de uma reta (resistência) da seguinte forma: 𝑎 = Δ𝑦 Δ𝑥 = (𝑦𝑎 − 𝑦𝑏) (𝑥𝑎 − 𝑥𝑏) = (𝑦𝑏 − 𝑦𝑎) (𝑥𝑏 − 𝑥𝑎) Conforme o teorema geral do coeficiente da reta, toda reta é definida por uma função de primeiro grau, apresentando a forma geral y = ax + b. O coeficiente angular da reta (valor que define o ângulo da reta com o eixo x) é a coeficiente de x. Utilizando o exemplo dos pontos de tensão de 20 a 30, tem se que: 𝑎 = Δ𝑦 Δ𝑥 = (30 − 20) (3 − 2) = 10 Assim, encontrou-se o mesmo valor de “a” por outro método. Resultados para uma resistência de 100 Ω: Tabela 2 - 100 Ω. Tens ão Elétri ca 1 (V) Corre nte Elétric a 1 (A) Tens ão Elétri ca 2 (V) Corre nte Elétric a 2 (A) Tens ão Elétri ca 3 (V) Corre nte Elétric a 3 (A) Tens ão Elétri ca 4 (V) Corre nte Elétric a 4 (A) Tens ão Elétri ca 5 (V) Corre nte Elétric a 5 (A) 1 0,01 11 0,11 21 0,21 31 0,31 41 0,41 2 0,02 12 0,12 22 0,22 32 0,32 42 0,42 3 0,03 13 0,13 23 0,23 33 0,33 43 0,43 4 0,04 14 0,14 24 0,24 34 0,34 44 0,44 5 0,05 15 0,15 25 0,25 35 0,35 45 0,45 6 0,06 16 0,16 26 0,26 36 0,36 46 0,46 7 0,07 17 0,17 27 0,27 37 0,37 47 0,47 8 0,08 18 0,18 28 0,28 38 0,38 48 0,48 9 0,09 19 0,19 29 0,29 39 0,39 49 0,49 10 0,10 20 0,20 30 0,30 40 0,40 50 0,50 Fonte: Autora. Gráfico 3 – Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com 𝑅 = 100 Ω. Fonte: Autora. Pegando como exemplo um ponto genérico no gráfico de coordenadas (20;0,2) encontrando o seguinte: 𝑅 = 𝑡𝑔 = 𝐶𝑂 𝐶𝐴 = 20 0,2 = 100 Resultados para uma resistência de 200 Ω: Tabela 3 - 200 Ω. Tens ão Elétri ca 1 (V) Corre nte Elétric a 1 (A) Tens ão Elétri ca 2 (V) Corre nte Elétric a 2 (A) Tens ão Elétri ca 3 (V) Corre nte Elétric a 3 (A) Tens ão Elétri ca 4 (V) Corre nte Elétric a 4 (A) Tens ão Elétri ca 5 (V) Corre nte Elétric a 5 (A) 1 0,005 11 0,055 21 0,105 31 0,155 41 0,205 2 0,010 12 0,060 22 0,110 32 0,160 42 0,210 3 0,015 13 0,065 23 0,115 33 0,165 43 0,215 4 0,020 14 0,070 24 0,120 34 0,170 44 0,220 5 0,025 15 0,075 25 0,125 35 0,175 45 0,225 6 0,030 16 0,080 26 0,130 36 0,180 46 0,230 7 0,035 17 0,085 27 0,135 37 0,185 47 0,235 8 0,040 18 0,090 28 0,140 38 0,190 48 0,240 9 0,045 19 0,095 29 0,145 39 0,195 49 0,245 10 0,050 20 0,100 30 0,150 40 0,200 50 0,250 Fonte: Autora. 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0 10 20 30 40 50 60 T e n s ã o E lé tr ic a ( V ) Corrente Elétrica (A) Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com R = 100 Ω Gráfico 4 – Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com 𝑅 = 200 Ω. Fonte: Autora. Pegando como exemplo um ponto genérico no gráfico de coordenadas (10;0,05) encontrando o seguinte: 𝑅 = 𝑡𝑔 = 𝐶𝑂 𝐶𝐴 = 10 0,05 = 200 Resultados para uma resistência de 300 Ω: Tabela 4 - 300 Ω. Tens ão Elétri ca 1 (V) Corre nte Elétric a 1 (A) Tens ão Elétri ca 2 (V) Corre nte Elétric a 2 (A) Tens ão Elétri ca 3 (V) Corre nte Elétric a 3 (A) Tens ão Elétri ca 4 (V) Corre nte Elétric a 4 (A) Tens ão Elétri ca 5 (V) Corre nte Elétric a 5 (A) 1 0,0033 11 0,0367 21 0,0700 31 0,1033 41 0,1367 2 0,0067 12 0,0400 22 0,0733 32 0,1067 42 0,1400 3 0,0100 13 0,0433 23 0,0767 33 0,1100 43 0,1433 4 0,0133 14 0,0467 24 0,0800 34 0,1133 44 0,1467 5 0,0167 15 0,0500 25 0,0833 35 0,1167 45 0,1500 6 0,0200 16 0,0533 26 0,0867 36 0,1200 46 0,1533 7 0,0233 17 0,0567 27 0,0900 37 0,1233 47 0,1567 8 0,0267 18 0,0600 28 0,0933 38 0,1267 48 0,1600 9 0,0300 19 0,0633 29 0,0967 39 0,1300 49 0,1633 10 0,0333 20 0,0667 30 0,1000 40 0,1333 50 0,1667 Fonte: Autora. 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0 10 20 30 40 50 60 T e n s ã o E lé tr ic a ( V ) Corrente Elétrica (A) Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com R = 200 Ω Gráfico 5 – Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com 𝑅 = 300 Ω. Fonte: Autora. Pegando como exemplo um ponto genérico no gráfico de coordenadas (10;0,00333) encontrando o seguinte: 𝑅 = 𝑡𝑔 = 𝐶𝑂 𝐶𝐴 = 10 0,00333 = 300 Resultados para uma resistência de 300 Ω: Tabela 5 - 400 Ω. Tens ão Elétri ca 1 (V) Corre nte Elétric a 1 (A) Tens ão Elétri ca 2 (V) Corre nte Elétric a 2 (A) Tens ão Elétri ca 3 (V) Corre nte Elétric a 3 (A) Tens ão Elétri ca 4 (V) Corre nte Elétric a 4 (A) Tens ão Elétri ca 5 (V) Corre nte Elétric a 5 (A) 1 0,0025 11 0,0275 21 0,0525 31 0,0775 41 0,1025 2 0,0050 12 0,0300 22 0,0550 32 0,0800 42 0,1050 3 0,0075 13 0,0325 23 0,0575 33 0,0825 43 0,1075 4 0,0100 14 0,0350 24 0,0600 34 0,0850 44 0,1100 5 0,0125 15 0,0375 25 0,0625 35 0,0875 45 0,1125 6 0,0150 16 0,0400 26 0,0650 36 0,0900 46 0,1150 7 0,0175 17 0,0425 27 0,0675 37 0,0925 47 0,1175 8 0,0200 18 0,0450 28 0,0700 38 0,0950 48 0,1200 9 0,0225 19 0,0475 29 0,0725 39 0,0975 49 0,1225 10 0,0250 20 0,0500 30 0,0750 40 0,1000 50 0,1250 Fonte: Autora. 0,0000 0,0500 0,1000 0,1500 0,2000 0 10 20 30 40 50 60 T e n s ã o E lé tr ic a ( V ) Corrente Elétrica (A) Tensão Elétrica X CorrenteElétrica com R = 300 Ω Gráfico 6 – Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com 𝑅 = 400 Ω. Fonte: Autora. Pegando como exemplo um ponto genérico no gráfico de coordenadas (20;0,05) encontrando o seguinte: 𝑅 = 𝑡𝑔 = 𝐶𝑂 𝐶𝐴 = 20 0,05 = 400 Resultados para uma resistência de 500 Ω: Tabela 6 - 500 Ω. Tens ão Elétri ca 1 (V) Corre nte Elétric a 1 (A) Tens ão Elétri ca 2 (V) Corre nte Elétric a 2 (A) Tens ão Elétri ca 3 (V) Corre nte Elétric a 3 (A) Tens ão Elétri ca 4 (V) Corre nte Elétric a 4 (A) Tens ão Elétri ca 5 (V) Corre nte Elétric a 5 (A) 1 0,0020 11 0,0220 21 0,0420 31 0,0620 41 0,0820 2 0,0040 12 0,0240 22 0,0440 32 0,0640 42 0,0840 3 0,0060 13 0,0260 23 0,0460 33 0,0660 43 0,0860 4 0,0080 14 0,0280 24 0,0480 34 0,0680 44 0,0880 5 0,0100 15 0,0300 25 0,0500 35 0,0700 45 0,0900 6 0,0120 16 0,0320 26 0,0520 36 0,0720 46 0,0920 7 0,0140 17 0,0340 27 0,0540 37 0,0740 47 0,0940 8 0,0160 18 0,0360 28 0,0560 38 0,0760 48 0,0960 9 0,0180 19 0,0380 29 0,0580 39 0,0780 49 0,0980 10 0,0200 20 0,0400 30 0,0600 40 0,0800 50 0,1000 Fonte: Autora. 0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000 0,1200 0,1400 0 10 20 30 40 50 60 T e n s ã o E lé tr ic a ( V ) Corrente Elétrica (A) Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com R = 400 Ω Gráfico 7 – Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com 𝑅 = 500 Ω. Fonte: Autora. Pegando como exemplo um ponto genérico no gráfico de coordenadas (10;0,02) encontrando o seguinte: 𝑅 = 𝑡𝑔 = 𝐶𝑂 𝐶𝐴 = 10 0,02 = 500 Resultados para uma resistência de 1000 Ω: Tabela 7 - 1000 Ω. Tens ão Elétri ca 1 (V) Corre nte Elétric a 1 (A) Tens ão Elétri ca 2 (V) Corre nte Elétric a 2 (A) Tens ão Elétri ca 3 (V) Corre nte Elétric a 3 (A) Tens ão Elétri ca 4 (V) Corre nte Elétric a 4 (A) Tens ão Elétri ca 5 (V) Corre nte Elétric a 5 (A) 1 0,0010 11 0,0110 21 0,0210 31 0,0310 41 0,0410 2 0,0020 12 0,0120 22 0,0220 32 0,0320 42 0,0420 3 0,0030 13 0,0130 23 0,0230 33 0,0330 43 0,0430 4 0,0040 14 0,0140 24 0,0240 34 0,0340 44 0,0440 5 0,0050 15 0,0150 25 0,0250 35 0,0350 45 0,0450 6 0,0060 16 0,0160 26 0,0260 36 0,0360 46 0,0460 7 0,0070 17 0,0170 27 0,0270 37 0,0370 47 0,0470 8 0,0080 18 0,0180 28 0,0280 38 0,0380 48 0,0480 9 0,0090 19 0,0190 29 0,0290 39 0,0390 49 0,0490 10 0,0100 20 0,0200 30 0,0300 40 0,0400 50 0,0500 Fonte: Autora. 0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000 0,1200 0 10 20 30 40 50 60 T e n s ã o E lé tr ic a ( V ) Corrente Elétrica (A) Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com R = 500 Ω Gráfico 8 – Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com 𝑅 = 1000 Ω. Fonte: Autora. Pegando como exemplo um ponto genérico no gráfico de coordenadas (10;0,01) encontrando o seguinte: 𝑅 = 𝑡𝑔 = 𝐶𝑂 𝐶𝐴 = 10 0,01 = 1000 Referências: Halliday, David, Resnick, Robert e Walker, Jearl, Fundamentos de Física Volume 3 Eletromagnetismo, Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2007. Tipler, Paul A. e Mosca, Gene, FÍSICA para Cientistas e Engenheiros Volume 2 Eletricidade e Magnetismo, Óptica, Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2009. 0,0000 0,0100 0,0200 0,0300 0,0400 0,0500 0,0600 0 10 20 30 40 50 60 T e n s ã o E lé tr ic a ( V ) Corrente Elétrica (A) Tensão Elétrica X Corrente Elétrica com R = 1000 Ω
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