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Universidade Estácio de Sá – Campus Macaé Curso: Disciplina: Física Experimental III Turma: Professor (a): Data de Realização: Nome do Aluno (a): Nº da matrícula: NOME DO EXPERIMENTO: Experimento 7: Leis de Kirchhoff OBJETIVOS: Verificar experimentalmente as Leis de Kirchhoff. INTRODUÇÃO TEÓRICA: As Leis de Kirchhoff são empregadas em circuitos elétricos mais complexos, como por exemplo, circuitos com mais de uma fonte de resistores estando em série ou em paralelo. Para estuda-las vamos definir o que são Nós e Malhas: Nó: é um ponto onde três (ou mais) condutores são ligados. Malha: é qualquer caminho condutor fechado. Primeira lei de Kirchhoff (lei dos nós): Em qualquer nó, a soma das correntes que o deixam (aquelas cujas apontam para fora do nó) é igual a soma das correntes que chegam até ele. A Lei é uma consequência da conservação da carga total existente no circuito. Isto é uma confirmação de que não há acumulação de cargas nos nós. Segunda lei de Kirchhoff (lei das malhas): A soma algébrica das forças eletromotrizes (f.e.m) em qualquer malha é igual a soma algébrica das quedas de potencial ou dos produtos iR contidos na malha. APARELHO UTILIZADO: Painel para Associações Eletroeletrônicas Marca: Cidepe Modelo: EQ082 Multímetro Marca: Minipa Modelo: ET-2042 C Fonte de Alimentação Digital Marca: Cidepe Modelo: EQ030 Cabos ROTEIRO DO EXPERIMENTO: Montamos o circuito esquematizado abaixo. Fizemos a conexão dos bornes (5) com (6) e (2) com (3). O borne (1) deve estar ligado ao positivo da fonte e o borne (7) com seu negativo. Verificação da Lei das Malhas ou Lei das Tensões, Efetuamos as seguintes atividades: a) Antes de conectar a fonte de alimentação ao circuito, através do código de cores, identificamos o valor das resistências 𝑅1, 𝑅2 e 𝑅3 com as respectivas tolerâncias. b) Ainda com a fonte de alimentação desligada, com o multímetro em paralelo montado em cada resistor, selecionamos e anotamos a posição da chave seletora do multímetro para a faixa de resistência desejada. Fizemos a medição da resistência de 𝑅1, 𝑅2 e 𝑅3 e sua incerteza individual. c) Ainda com a fonte de alimentação desligada, com o multímetro conectado em paralelo nas extremidades das resistências 𝑅1 e 𝑅3 (com as três ligadas em série como no esquema), selecionamos e anotamos a posição da chave seletora do multímetro para a faixa de resistência desejada. Fizemos a medição do valor da resistência do conjunto (𝑅𝐸𝑄) anotando a incerteza da medição. d) Ligue a fonte em 5 DC e com o multímetro em paralelo com cada resistência, selecionamos e anotamos a posição da chave seletora do multímetro para a faixa de tensão. Fizemos a leitura da tensão entre os terminais de cada resistor e anotamos a incerteza da medição. e) Fizemos o mesmo procedimento medindo a tensão entre os terminais (1) e (7) – que será igual a tensão gerada pela fonte. f) Desligamos a fonte de alimentação. Inserimos o amperímetro em série (abrindo o circuito) após a fonte de alimentação e escolhemos a faixa adequada. Ligamos a fonte de alimentação nos mesmos 5 V DC e fizemos a medição da corrente que circula no circuito, anotando a posição do seletor e a incerteza da medição. Verificando a Lei dos Nós ou das Correntes Montamos o circuito esquematizado abaixo, utilizando as mesmas resistências do procedimento anterior e efetuamos as seguintes atividades: a) Desligamos a fonte de alimentação. Inserimos o amperímetro em série (abra o circuito) após a fonte de alimentação e escolhemos a faixa adequada. Ligamos a fonte de alimentação nos mesmos 5 V e fizemos a medição da corrente que circula no circuito, anotando a posição do seletor e a incerteza da medição. b) Fizemos a mesma verificação das correntes que circulam em cada resistor instalando o amperímetro entre os pontos (1) e (2), entre (2) e (3), entre (5) e (6) e entre (6) e (7). Desligamos a fonte para fazer a instalação do amperímetro antes de cada medição. Selecionamos e anotamos a posição da chave seletora do multímetro para a faixa de tensão desejada e fizemos as medições anotando as incertezas da medição. DADOS COLETADOS: Modelo Fabricante Nº Série Faixa de Medição Resolução Multímetro na Função Amperímetro ET-2042 C Minipa 190398 20mA – 20A 200mA Multímetro na Função Voltímetro ET-2042 C Minipa 190398 200mV – 1000V 20V Resistor Cores identificadas Valor Nominal (Rn) Tolerância (∆n) Valor medido (Rm) Incerteza do medidor (∆m) Posição do seletor R1 Marrom, preto, preto, preto, marrom. 100 Ω ± 1% 98,3 Ω 1,2 Ω 200 Ω R2 Marrom, preto, preto, preto, marrom. 100 Ω ± 1% 98 Ω 1,2 Ω 200 Ω R3 Marrom, preto, preto, preto, marrom. 100 Ω ± 1% 98 Ω 1,2 Ω 200 Ω REQ em Série 232 Ω 7,0 Ω 2 KΩ REQ em Paralelo 33,6 Ω 0,8 Ω 200 Ω Identificação das cores: Valor medido R1 Valor medido R2 Valor medido R3 REQ Associação em série Valor medido Incerteza do medidor Posição do seletor Tensão entre (1) e (7) 5,03 V 9x10^-3 V 20 V Tensão entre (1) e (5) 1,68 V 9x10^-3 V 20 V Tensão entre (2) e (6) 1,69 V 9x10^-3 V 20 V Tensão entre (3) e (7) 1,68 V 9x10^-3 V 20 V Corrente entre (7) e Negativo da fonte 16,7 V 9x10^-3 mA 200mA Tensão entre (1) e (7) Tensão entre (1) e (5) Tensão entre (2) e (6) Tensão entre (3) e (7) Corrente entre (7) e Negativo da fonte Associação em paralelo Valor medido Incerteza do medidor Posição do seletor Corrente entre (1) e o positivo da fonte 139,6 mA 9x10-3 mA 200 mA Corrente entre (1) e (2) 49,2 mA 9x10-3 mA 200 mA Corrente entre (2) e (3) 95,6 mA 9x10-3 mA 200 mA Corrente entre (5) e (6) 49,2 mA 9x10-3 mA 200 mA Corrente entre (6) e (7) 95,2 mA 9x10-3 mA 200 mA Corrente entre (1) e o positivo da fonte Corrente entre (1) e (2) Corrente entre (2) e (3) Corrente entre (5) e (6) Corrente entre (6) e (7) CÁLCULOS: Valor nominal da resistência R1 = abc . d±e R1 = 100 . 1 ± 1% R1 = 100Ω ± 1% R2 = abc . d±e R2 = 100 . 1 ± 1% R2 = 100Ω ± 1% R3 = abc . d±e R3 = 100 . 1 ± 1% R3 = 100Ω ± 1% Cálculo REQ Resistores Valor teórico em série: R1 = 100Ω R2 = 100Ω R3 = 100Ω Req = R1 + R2 + R3 Req = 100 + 100 + 100 Req = 300 Ω Valor obtido em série: R1 = 98,3Ω R2 = 98 Ω R3 = 98 Ω Req = R1 + R2 + R3 Req = 98,3 + 98 + 98 Req = 294,3 Ω Valor teórico em paralelo: R1 = 100Ω R2 = 100Ω R3 = 100Ω Valor obtido em paralelo: R1 = 98,3Ω R2 = 98 Ω R3 = 98 Ω V = 100 * (16,7 X 10^-3) V = 1,67 V VT = V1+V2+V3 VT = 1,68 +1,69+ 1,68 VT = 5,05 V I = 16,7 mA Nó+(-Nó)= 0 (49,2+95,6) - (49,2+95,6)= 0 ANÁLISE DOS RESULTADOS: Em relação à verificação da Lei das Malhas ou Lei das Tensões, responda as seguintes questões: Utilizando a Lei de Ohm calcule a ddp aplicada a cada componente considerando as incertezas envolvidas e compare a ddp teórica com os valores medidos considerando as incertezas envolvidas. Os valores são coerentes? R: Sim, os resultados são bem próximos como mostrado acima. A soma dos valores das ddp de cada componente é igual à tensão gerada pela fonte de alimentação considerando as incertezas envolvidas? R: Sim. Como mostrado acima e considerando as incertezas. Foi validada a Lei das Malhas ou Lei das Tensões? R: Sim. Porque segundo esta Lei, a soma das variações de potencial em um circuito é igual fechado é nula. Isto decorre de iniciar e terminar com o mesmo valor de potencial.Em relação à verificação a Lei dos nós ou das correntes, responda as seguintes questões: Podemos afirmar que a corrente que circula pela fonte de alimentação é igual à soma das correntes que circula nos resistores? Considere as incertezas envolvidas. R: Sim. Como mostrar o cálculo acima. Foi validada a Lei dos Nós ou das Correntes? Justifique sua resposta. R: Sim. Porque a soma algébrica das correntes em um nó é igual a zero, visualizando no cálculo acima.
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