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Apostila - Física Experimental

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∆θ 
2 
4 
6 
8 
10 
12 
14 
16 
18 
20 
22 
24 
26 
28 
30 
7 - Calcule a defasagem entre tensão e corrente no circuito da figura 9, completando a 
tabela 2. 
8 - Para o circuito da figura 9, varie a freqüência do gerador de sinais até obter 2a = 0, 
anotando o valor dessa freqüência: fo = _____ kHz. 
9 - Construa os gráficos: )f(fZ = , )f(fIef = e )f(f=θ∆ . 
10 - Determine a freqüência de ressonância e as freqüências de corte inferior e superior, 
no gráfico )f(fIef = . 
11 - A partir dos dados obtidos no item anterior, determine a largura de banda. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
__________________________________________________________________ 91 Física Experimental - Silvio Luiz Rutz da Silva & João Gonçalves Marques Filho 
 
 
 
EFEITO JOULE 
 
Objetivos 
ƒ Determinar o equivalente elétrico do calor 
ƒ Observar o fenômeno do efeito Joule 
Fundamento teórico 
Efeito joule é o fenômeno pelo qual um condutor se aquece quando atravessado por 
uma corrente elétrica. 
 
Quantidade de calor dissipada 
Pelo primeiro princípio da termodinâmica sabemos que; quando há transformação da 
quantidade de energia (∆E) em quantidade de calor (∆Q), ou vice-versa, é constante o 
quociente ∆E por ∆Q, quaisquer que sejam ∆E e ∆Q. 
J
Q
E =∆
∆
, onde J é chamado equivalente mecânico do calor. 
Imaginemos um calorímetro com uma resistência. Façamos passar por ela uma corrente 
de intensidade I, durante um tempo t, aplicando uma tensão nos seus terminais. A 
energia elétrica absorvida pela resistência durante o tempo t é tIVE ⋅⋅=∆ . 
Suponhamos que, no interior do calorímetro, haja uma certa massa m de água, que 
devido à energia elétrica sofreu uma variação de temperatura ∆θ. A quantidade de calor 
recebida pela água proveniente da energia elétrica será θ∆⋅+θ∆⋅⋅=∆ kcmQ . 
Substituindo ∆E e ∆Q na equação do equivalente mecânico do calor, teremos 
J
kcm
tIV =θ∆⋅+θ∆⋅⋅
⋅⋅
 
Procedimento experimental 
1 – Pesar o calorímetro vazio e seco: m1 = _________ gramas 
__________________________________________________________________ 92 Física Experimental - Silvio Luiz Rutz da Silva & João Gonçalves Marques Filho 
2 – Calcular o equivalente em água do calorímetro: 
217,0mk 1 ⋅= 
3 – Colocar um volume de água em uma proveta e determinar sua temperatura: 
θ0 = _________ ºC 
4 – Consultar a tabela de densidades e verificar a densidade correspondente a θ0. 
µ = _______ g.cm-3 
5 – Calcular a massa de água por: µ⋅= Vm O2H 
6 – Montar o circuito da figura 1 
Figura 1 
7 – Ligar o circuito durante 10 minutos (600 s) 
8 – Anotar os valores da tensão VAB = _________ volts e da corrente I = ________ 
ampéres 
9 – Ao final dos 10 minutos medir a temperatura final θF = ________ ºC 
10 – Calcular a variação de temperatura: oF θ−θ=θ∆ 
11 – Calcular o valor de J por: 
Q
E
J ∆
∆= , onde ( )
R
tV
tIVE
2
AB
AB
⋅=⋅⋅=∆ e θ∆⋅+θ∆⋅⋅=∆ kcmQ O2H 
θ∆⋅+θ∆⋅⋅
⋅⋅=
kcm
tIV
J
O2H
AB ou 
( )
θ∆⋅+θ∆⋅⋅
⋅
=
kcm
t
R
V
J
O2H
2
AB
 
 
 
 
 
 
 
__________________________________________________________________ 93 Física Experimental - Silvio Luiz Rutz da Silva & João Gonçalves Marques Filho 
 
 
 
MEDIDA DE RESISTÊNCIA E DO 
COEFICIENTE DE TEMPERATURA 
 
Objetivo 
ƒ Determinar a dependência da temperatura da resistência de um condutor metálico. 
Fundamento teórico 
A resistência oferecida por um metal ao fluxo de corrente é dependente da temperatura. 
De acordo com a teoria atômica da eletricidade o fluxo de uma corrente elétrica é devido 
ao fluxo de elétrons livres através do condutor. Estes elétrons colidem com os átomos á 
medida que fluem através da rede cristalina transmitindo parte de sua energia cinética, 
aumentando a energia cinética dos átomos. Tais colisões produzem tr5ansformação de 
energia elétrica (movimento de elétrons) em energia térmica. Isto é chamado de calor 
ôhmico. 
Esta perda de velocidade ou energia cinética dos elétrons fluindo através de um 
condutor tem o efeito de uma resistência friccional. A resistência é diretamente 
proporcional ao número de colisões. Um aumento na temperatura do condutor mostra 
um correspondente aumento no movimento randômico de elétrons e átomos, e portanto 
tendo uma maior probabilidade de colisões elétron – átomo. 
A dependência da resistência com a temperatura é geralmente representada pela 
equação: 
( )T1RR 0 α+= 
a constante α é chamada de coeficiente de temperatura do material e representa o 
aumento correspondente na resistência por grau de temperatura aumentado, sendo 
diferente para cada material. 
Para metais puros a. Para ligas é justamente o oposto, a resistência específica ρ é alta e 
o coeficiente de temperatura α é relativamente baixo. 
__________________________________________________________________ 94 Física Experimental - Silvio Luiz Rutz da Silva & João Gonçalves Marques Filho 
Método de medida 
Existem diferentes métodos de medida da resistência. O mais simples, aplicando as leis 
ôhmicas é medir a corrente passando através de um resistor para uma tensão aplicada 
sobre o mesmo. 
Figura 1 Figura 2 
O método mais preciso de medida de resistência é com a ajuda de uma ponte , onde 
duas resistências são comparadas. A ponte de Wheatstone, mostrada na figura 1, é 
composta de quatro resistores. Entre A e B uma fonte é conectada e entre Ce D um 
instrumento de leitura é conectado. Quando o circuito está em equilíbrio não circula 
corrente no galvanômetro. Nesta situação há duas corrente através do circuito: i1 e i2. 
Da lei de Ohm obtemos: 
211 iRiR ⋅=⋅ e 221x iRiR ⋅=⋅ o que dá: 1
x
2 R
R
R
R =⋅ 
Numa ponte de fio, figura 2, os resistores R1 e R2 são substituídos por um fio. Quando o 
cursor é deslocado ao longo do fio o valor da resistência vai se modificando. O 
comprimento do fio é proporcional à resistência, portanto podendo substituí-la. Desse 
modo: 
1
2
x L
L
RR ⋅= 
onde Rx é o valor do resistor desconhecido, R um resistor padrão de valor conhecido. 
Método de leitura pelo desbalanceamento de uma ponte: 



 +⋅


 +
−
=
1
2X
1
2X
L
L
1
R
R
1
L
L
R
R
V
e
 
Procedimento experimental 
1 - Monte o circuito representado na figura 3 
__________________________________________________________________ 95 Física Experimental - Silvio Luiz Rutz da Silva & João Gonçalves Marques Filho 
 Figura 3 
2 - Balancear a ponte e medir a resistência do fio, mergulhado em água. Este é o valor 
de RX; anote-o juntamente com a temperatura: RX = __________ e TX = __________ 
3 - Colocar o reservatório com a resistência em estudo para aquecer e anotar os valores 
indicados no milivoltímetro à medida que a temperatura vai se elevando, completando a 
tabela: 
Temperatura 30 (°C) 40 (°C) 50 (°C) 60 (°C) 70 (°C) 80 (°C) 
e (mV) 
∆R (Ω) 
4 - Calcule o valor teórico de R0, tomando a resistividade do fio a partir da Segunda lei 
de Ohm: 
A
L
RO ⋅ρ= 
5 - Construir o gráfico de ∆R x temperatura. Determine a inclinação da reta pelo método 
dos mínimos quadrados. O que representa a inclinação obtida? 
6 - Calcule o valor de α pela equação: ( )T1RR 0 α+= e compare com a equação da 
reta obtida acima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
__________________________________________________________________ 96 Física Experimental - Silvio Luiz Rutz da Silva & João Gonçalves Marques Filho 
 
 
 
BALANÇA DE CORRENTE 
 
Objetivos 
ƒ Comprovar que um condutor percorrido por uma corrente quando colocado na