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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE CIÊNCIAS NATURAIS E EXATAS FSC 326 – LABORATÓRIO DE FÍSICA III TURMA 12 RELATÓRIO SOBRE LEI DE OHM (EXPERIMENTO 06) Docente: Rafael Maroneze Discente: Sérgio Petry de Paula Santa Maria, 10 de MAIO de 2017. INTRODUÇÃO O objetivo desse experimento é aprender a utilizar instrumentos de medida elétrica, como o amperímetro e o voltímetro, também como, verificar a Lei de Ohm. EXPOSIÇÃO TEÓRICA Corrente elétrica É o movimento ordenado de partículas eletricamente carregadas. Vamos explicar a corrente elétrica a partir de um condutor metálico (um fio elétrico por exemplo). Dentro desses condutores há muitos elétrons livres descrevendo um movimento caótico, sem direção determinada. Ao aplicar-se uma entre dois pontos do metal (ligando as pontas do fio a uma bateria, por exemplo), estabelece-se um ⃑ interno e os elétrons passam a se movimentar numa certa ordem, constituindo assim a corrente elétrica. A corrente elétrica é definida como a razão entre a quantidade de carga que atravessa certa secção transversal (corte feito ao longo da menor dimensão de um corpo) do condutor num intervalo de tempo. A unidade de medida é o Coulomb por segundo (C/s), chamado de Ampère (A) no SI em homenagem ao físico e matemático francês André-Marie Ampère (1775- 1836). Para o sentido da corrente temos que diferenciar o sentido real do sentido convencional. A corrente elétrica por unidade de área transversal define o módulo do vetor densidade de corrente J: ∮ Seja um segmento de condutor, L e área A. Supondo que existam ‘n’ partículas portadoras de carga por unidade de volume, e é a carga de cada partícula, logo: Um elétron percorrerá este segmento no intervalo de tempo: ( ⁄ ) Onde é a velocidade de deriva. Da definição de corrente, obtém-se: ( ⁄ ) Logo: Assim a corrente associada é: Da definição de densidade de corrente, onde obtém-se: ⃗ ⃗ Lei de Ohm As Leis de Ohm, postuladas pelo físico alemão Georg Simon Ohm (1787-1854) em 1827, determinam a resistência elétrica dos condutores. Dessa maneira, além de definir o conceito de resistência elétrica, com sua experiência, Georg Ohm demostrou que no condutor, a corrente elétrica é diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada, postulando assim, a Primeira Lei de Ohm. Por conseguinte, suas experiências com diferentes comprimentos e espessuras de fios elétricos, foram cruciais para que postulasse a Segunda Lei de Ohm, na qual a resistência elétrica do condutor, dependendo da constituição do material, é proporcional ao seu comprimento e, ao mesmo tempo, inversamente proporcional a sua área de secção transversal. Resistência Elétrica A resistência elétrica, medida sob a grandeza Ω (Ohm), designa a capacidade que um condutor tem de se opor à passagem de corrente elétrica. Em outras palavras, a função da resistência elétrica é de dificultar a passagem de corrente elétrica. Observe que a resistência de 1 Ω (ohm) equivale a 1V/A (Volts/Ampére). Resistores Os resistores são dispositivos eletrônicos cuja função é a de transformar energia elétrica em energia térmica (calor), por meio do efeito joule. Dessa maneira, os resistores ôhmicos ou lineares, são aqueles que obedecem a primeira lei de ohm (R=U/I), donde a intensidade (i) da corrente elétrica é diretamente proporcional a sua diferença de potencial (ddp), chamada também de voltagem. Por outro lado, os resistores não ôhmicos, não obedecem a lei de ohm. Primeira Lei de Ohm A Primeira Lei de Ohm postula que um condutor ôhmico (resistência constante), mantido à temperatura constante, a intensidade (i) de corrente elétrica será proporcional à diferença de potencial (ddp) aplicada entre suas extremidades, ou seja, sua resistência elétrica é constante. É representada pela seguinte fórmula: Donde: R: resistência, medida em Ohm (Ω) U: diferença de potencial elétrico (ddp), medido em Volts (V) I: intensidade da corrente elétrica, medida em Ampére (A). Segunda Lei de Ohm A Segunda Lei de Ohm estabelece que a resistência elétrica de um material é diretamente proporcional ao seu comprimento, inversamente proporcional à sua área de secção transversal e depende do material do qual é constituído, sendo representada pela seguinte fórmula: Por isso, quanto maior o comprimento e menor a área do fio, maior sua resistência, e quanto menor seu comprimento e maior sua área, menor a sua resistência. Onde: R: resistência (Ω) ρ: resistividade do condutor (depende do material e de sua temperatura, medida em Ω.m) L: comprimento (m) A: área de secção transversal (mm2). DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO No experimento foi utilizada uma placa de resistores de fio da AZEHEB, a qual permite a verificação da lei de Ohm com grande facilidade. A placa de resistores é composta por resistores de níquel-cromo com três diâmetros diferentes e um resistor de ferro. Os resistores são fixos em uma placa de madeira que permite efetuar as medidas de diferença de potencial, resistência elétrica e corrente em comprimentos de 20 cm a 100 cm. A placa é constituída por: 1 fio de níquel-cromo de 0,360 mm de diâmetro; 1 fio de níquel-cromo de 0,510 mm de diâmetro; 1 fio de níquel-cromo de 0,720 mm de diâmetro; 1 fio de ferro de 0,510 mm de diâmetro; Bornes de ligação. Placa de resistores de fio AZEHEB. Nesta placa foram ligados multímetros, um em série para medir a corrente elétrica (i) e outro multímetro ligado em paralelo para medir a DDP, sendo ambos ligados a uma fonte. EXPOSIÇÃO E ANÁLISE DE DADOS Fio de Níquel-Cromo Ø36mm ⁄ (Ω) 0.50 0,043 11,628 1.50 0,130 11,538 2.00 0,176 11,364 2.50 0,218 11,468 3.00 0,262 11,450 3.50 0,307 11,401 4.00 0,351 11,396 4.50 0,394 11,471 5.00 0,436 11,468 Média 11,459 Assim podemos observar que o valor que se encontra em Splope, é igual a 11,4144 e a média encontrada da resistência é igual 11,459, é considerado um valor aproximado, e também podemos observar o comportamento do gráfico e percebemos que tem comportamento linear, logo respeita a lei de Ohm. Fio de Níquel-Cromo Ø51mm ⁄ (Ω) 0.50 0,080 6,250 1.50 0,244 6,148 2.00 0,326 6,135 2.50 0,413 6,053 3.00 0,496 6,048 3.50 0,583 6,003 4.00 0,667 5,997 4.50 0,751 5,992 5.00 0,861 5,807 Média 6,048 Assim podemos observar que o valor que se encontra em Splope, é igual a 5,8243 e a média encontrada da resistência é igual 6,048, é considerado um valor aproximado, e também podemos observar o comportamento do gráfico e percebemos que tem comportamento linear, logo respeita a lei de Ohm. Fio de Ferro Ø51mm ⁄ (Ω) 0.50 0,143 3,497 1.50 0,97 1,546 2.00 1,648 1,214 2.50 2,028 1,233 3.00 2,342 1,281 3.50 2,618 1,337 4.00 2,902 1,378 4.50 2,998 1,501 5.00 3,269 1,530 Média 1,61 Como podemos observar, gráfico não tem comportamento linear, logo não respeita a lei de Ohm. Fio de Níquel-Cromo Ø51 ⁄ (Ω) 1.00 1,5 0,207 7,246 0.80 1,5 0,278 5,396 0.60 1,5 0,400 3,750 0.40 1,5 0,623 2,408 0.20 1,5 1,279 1,173 Como podemos observar, o gráfico tem comportamento linear, sendo assim ele respeita a lei de Ohm. Podemos também observarque conforme vai aumentado o comprimento a resistência elétrica vai aumentando. Fio Níquel-Cromo Ø S ⁄ (Ω) 0.360 1,5 0,130 11,538 0.510 1,5 0,244 6,148 0.720 1,5 0,420 3,571 Nessa relação podemos ver que com a diminuição da área da seção consequentemente aumenta a resistência elétrica, ficando evidente que a área da seção e a resistência elétrica são inversamente proporcionais, pelo gráfico fica um pouco difícil de classificar se tem comportamento linear porque só temos três pontos. CONCLUSÃO Por conseguinte, podemos afirmar que os condutores que obedecem a lei de Ohm terão valores de resistência constantes para qualquer valor de voltagem aplicada. Já os condutores que não seguem a lei terão valores de resistência diferentes para cada valor de voltagem. Verificou-se também que alguns materiais não seguem a Lei de Ohm, como é o caso do fio de ferro, que sua resistência depende da diferença de potencial e da corrente elétrica, temos também como exemplo o fio de níquel-cromo que é um condutor ôhmico. BIBLIOGRAFIA https://www.mundodaeletrica.com.br/lei-de-ohm/; http://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-lei-ohm.htm; https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/leis-de-ohm-resistencia-eletrica- resistividade-e-leis-de-ohm.htm; http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/segundalei deohm.php.