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UNIVERSIDADE FEDERAL DO OESTE DA BAHIA – UFOB CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DAS TECNOLOGIAS – CCET CIRCUITOS ELÉTRICOS: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE E EM PARALELO. Bruno Eduardo Cardoso Itaylane Malta Santos Leonardo de Matos Araújo Tácio Henrique Santos Nogueira Prof. Me. Edward Ferraz BARREIRAS-BA 2015 2 Bruno Eduardo Cardoso 210101441 Itaylane Malta Santos 213100312 Leonardo de Matos Araújo 211103941 Tácio Henrique Santos Nogueira 212105958 CIRCUITOS ELÉTRICOS: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE E EM PARALELO. BARREIRAS-BA 2015 Relatório referente à atividade de laboratório de Física Experimental III - IAD-223, ministrada pelo professor Edward Ferraz de Almeida Junior, na Universidade Federal do Oeste da Bahia – UFOB. 3 SUMÁRIO 1. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 6 2. INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 6 3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS ......................................................................... 10 3.1. MATERIAIS .............................................................................................................. 10 3.2. METODOLOGIA ...................................................................................................... 10 A. Associação de resistores em série (Parte 1) ............................................................... 10 B. Associação de resistores em série (Lâmpadas) (Parte 2) ........................................... 11 C. Associação de resistores em paralelo (Parte 1) .......................................................... 12 D. Associação de resistores em paralelo (Lâmpadas) (Parte 2) ...................................... 13 4. RESULTADOS ................................................................................................................. 14 A. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO .................................................. 14 B. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE (LÂMPADAS) (PARTE 2): ............. 16 C. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO (PARTE 1) .............................. 20 D. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO (LÂMPADA) (PARTE 2) ....... 21 5. DISCUSSÃO ..................................................................................................................... 24 6. CONCLUSÃO ................................................................................................................... 25 7. REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 26 4 SUMÁRIO DE FIGURAS FIGURA 1:A) RESISTOR DE CARBONO; B) RESISTOR DE FIO BOBINADO DE ALTA PRECISÃO. FONTE: IFRN (2015). ........................................................................................................... 6 FIGURA 2: VARIEDADES DE REPRESENTAÇÃO DOS RESISTORES. FONTE: ACERVO PESSOAL. ....... 6 FIGURA 3: DESENHO ESQUEMÁTICO ILUSTRANDO UMA ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE. FONTE: ACERVO PESSOAL. ................................................................................................... 7 FIGURA 4: : DESENHO ESQUEMÁTICO DA ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO. FONTE: HALLIDAY & RESNICK (2007). ............................................................................................. 8 FIGURA 5: : ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE. FONTE: ROTEIRO EXPERIÊNCIA 2, CIRCUITOS ELÉTRICOS: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE E EM PARALELO. ............... 11 FIGURA 6: FIGURA 6: A) DESENHO ESQUEMÁTICO DA ASSOCIAÇÃO DE LÂMPADAS EM SÉRIE; B) FOTOGRAFIA DA ASSOCIAÇÃO DE LÂMPADAS EM SÉRIE. FONTE: A) ROTEIRO EXPERIÊNCIA 2, CIRCUITOS ELÉTRICOS: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE E EM PARALELO; B) ACERVO PESSOAL. ............................................................................................................................. 12 FIGURA 7: CIRCUITO CONTENDO ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO. FONTE: ROTEIRO EXPERIÊNCIA 2, CIRCUITOS ELÉTRICOS: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE E EM PARALELO. .......................................................................................................................... 12 FIGURA 8: A) DESENHO ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO CONTENDO ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO PARA LÂMPADAS; B) FOTOGRAFIA DO CIRCUITO CONTENDO ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO PARA LÂMPADAS. FONTE: A) ROTEIRO EXPERIÊNCIA 2, CIRCUITOS ELÉTRICOS: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE E EM PARALELO; B) ACERVO PESSOAL. ............................................................................................................................. 13 5 SUMÁRIO DE TABELAS TABELA 1: RESISTÊNCIAS AFERIDAS E CALCULADAS. ............................................................... 14 TABELA 2: VALORES DAS QUEDAS DE POTENCIAIS ENTRE OS PONTOS AB, CD E AD. ............... 14 TABELA 3: CORRENTE QUE CIRCULA NO CIRCUITO. ................................................................... 14 TABELA 4: VALORES DE QUEDAS DE POTENCIAIS ENTRE OS PONTOS AB, CD E AD E A RESPECTIVA CORRENTE QUE CIRCULA NO CIRCUITO. ........................................................... 14 TABELA 5: POTÊNCIA DISSIPADA NO RESISTOR 1. ...................................................................... 15 TABELA 6: POTÊNCIA DISSIPADA NO RESISTOR 2. ...................................................................... 15 TABELA 7: POTÊNCIA DISSIPADA NA LÂMPADA 1. ..................................................................... 15 TABELA 8: POTÊNCIA DISSIPADA NA LÂMPADA 2. ..................................................................... 15 TABELA 9: INFORMAÇÕES DAS LÂMPADAS UTILIZADAS NO CIRCUITO. ...................................... 16 TABELA 10: INTENSIDADE DA CORRENTE QUE CIRCULA ENTRE AS ILHAS DE CONEXÃO 5 E 6. .... 16 TABELA 11: CORRENTE ELÉTRICA PARA OS PONTOS A-B E BC E A-C. ...................................... 16 TABELA 12: VALORES DA TENSÃO EM CADA LÂMPADA E VALORES DA TENSÃO TOTAL CALCULADA. ....................................................................................................................... 16 TABELA 13 TENSÃO ENTRE AS LÂMPADAS A-C LIDA NO VOLTÍMETRO. ..................................... 17 TABELA 14: RESUMO DAS RESISTÊNCIAS CALCULADAS. ........................................................... 18 TABELA 15: RESUMO DAS RESISTÊNCIAS CALCULADAS. ............................................................ 19 TABELA 16: RESULTADOS DAS POTÊNCIAS DISSIPADAS NAS LÂMPADAS.................................... 20 TABELA 17: RESISTÊNCIAS AFERIDAS E CALCULADAS. .............................................................. 20 TABELA 18: VALORES DE TENSÃO E CORRENTES AFERIDOS PARA A ASSOCIAÇÃO EM PARALELO DE RESISTORES. ................................................................................................................... 20 TABELA 19: VALORES DE TENSÃO E CORRENTE AFERIDOS PARA A ASSOCIAÇÃO EM PARALELO DE LÂMPADAS. ......................................................................................................................... 20 TABELA 20: POTÊNCIA DISSIPADA NOS RESISTORES. ................................................................. 21 TABELA 21: POTÊNCIADISSIPADA NAS LÂMPADAS. ................................................................... 21 TABELA 22: CORRENTE TOTAL PARA UM RESISTOR EQUIVALENTE. ........................................... 21 TABELA 23: INTENSIDADE DE CORRENTE QUE CIRCULA NAS LÂMPADAS A, B E C. .................... 22 TABELA 24: TENSÃO APLICADA EM CADA LÂMPADA. ................................................................ 22 TABELA 25: TENSÃO AFERIDA ENTRE O TRECHO A-C. ............................................................... 22 TABELA 26: RESISTÊNCIA DAS LÂMPADAS CALCULADAS. ......................................................... 22 TABELA 27: VALORES DAS POTÊNCIAS DISSIPADAS. .................................................................. 23 6 1. OBJETIVOS O objetivo desta experiência é montar circuitos elétricos (em série e em paralelo) e medir correntes e diferenças de potenciais nos elementos dos circuitos. 2. INTRODUÇÃO Um circuito elétrico consiste num sistema formado por fonte de tensão, fios condutores e alguns elementos (resistor, capacitor, indutor e gerador) (NUSSENZVEIG, 2009). De acordo com Filho et al. (2011) os resistores elétricos (Figura 1) são componentes do circuito elétrico que carregam consigo a propriedade de resistência elétrica, tendo como função atenuar a corrente elétrica. No entanto parte da energia do circuito é consumida pelo resistor e convertida em energia térmica, a esse fenômeno atribui-se o nome de efeito Joule. Os resistores podem ser representados de duas formas gráficas (Figura 2). Figura 1:A) Resistor de carbono; B) Resistor de fio bobinado de alta precisão. Fonte: IFRN (2015). Figura 2: Variedades de representação dos resistores. Fonte: Acervo Pessoal. 7 Em termos práticos de acordo com Halliday & Resnick (2007) a resistência elétrica é uma propriedade inerente a um material condutor, que pode ser notada quando impera uma diferença de potencial sobre o meio. A resistência pode ser medida através da corrente elétrica (i) resultante, sendo expressa no Sistema Internacional de Medidas em ohm (Ω). Numa associação de resistores a resistência elétrica pode ser obtida de diferentes formas, a depender do arranjo utilizado. O circuito pode estar montado em série ou em paralelo. A associação em série compreende uma série de resistores colocados um após o outro, submetidos a uma diferença de potencial (V) aplicada nas extremidades da ligação, que implica na existência de uma corrente elétrica igual para os resistores. No entanto na presença de vários resistores (Rn) haverá uma resistência equivalente, resultado da soma das resistências dos mesmos. Nos terminais de cada resistor haverá uma diferença de potencial diferente, pois os resistores são materiais ôhmicos, portanto seu comportamento segue a equação 𝑉 = 𝑅. 𝐼. Este comportamento pode ser mais bem entendido com base na figura 3 (HALLIDAY & RESNICK, 2007). Figura 3: Desenho esquemático ilustrando uma associação de resistores em série. Fonte: Acervo Pessoal. Em termos gerais a resistência equivalente pode ser expressa pelo somatório das resistências equivalentes, como fica evidente na equação abaixo: É importante destacar que o produto da diferença de potencial pela corrente elétrica que atravessa os resistores ôhmicos é equivalente a potência elétrica, que nada mais é do que a 8 energia dissipada por unidade de tempo, expressa em watts (W). Portanto é válida a equação: 𝑃 = 𝐼𝑉. A associação em paralelo (Figura 4) compreende um conjunto de resistores os quais uma das suas extremidades está conectada a um mesmo ponto A, e a outra extremidade dos resistores está conectada a um mesmo ponto B. Nesse caso os resistores estão submetidos a uma mesma diferença de potencial (HALLIDAY & RESNICK, 2007). Figura 4: : Desenho esquemático da associação de resistores em paralelo. Fonte: Halliday & Resnick (2007). Partindo do princípio de que na associação de resistores em paralelo a diferença de potencial é a mesma para todos os resistores, podemos considerar que uma variação na resistência implicará numa consequente variação da corrente elétrica. O conjunto de resistores vai produzir uma resistência equivalente para o conjunto: Em casos generalizados essa resistência ainda pode ser expressa pelo somatório das resistências de cada resistor: 9 10 3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Neste item serão descritos os materiais que serviram como ferramenta para a execução do experimento e a metodologia utilizada. 3.1.MATERIAIS Fonte de tensão de 6V; Placa para ensaios de circuitos elétricos; Fios de conexão; Resistores R1=120 Ω e R2=1kΩ; Lâmpadas: 2 de 6V/2W e 1 de 6V/250mA; 2 Multímetros digitais. 3.2.METODOLOGIA A. Associação de resistores em série (Parte 1) Nesta etapa do experimento foram separados dois resistores, os quais constam na lista de materiais. Com o auxílio do multiteste foi medido o valor das respectivas resistências e foram feitas leituras por meio do código de cores, em seguida os valores foram anotados. Calculou-se a resistência equivalente para a associação em série e foi montado um circuito (Figura 5). 11 Figura 5: : Associação de resistores em série. Fonte: Roteiro experiência 2, Circuitos Elétricos: Associação de resistores em série e em paralelo. Foram medidos os valores das quedas de potenciais entre os pontos AB (VAB), CD (VCD) e AD (VAD). Na sequência foram medidos os valores da corrente que circula no circuito, variando os valores de voltagem da fonte. Os resistores foram substituídos por lâmpadas e as medidas foram novamente aferidas. B. Associação de resistores em série (Lâmpadas) (Parte 2) Primeiramente montou-se o circuito, na placa para ensaios de circuitos elétricos, (Figura 6) composto por sete condutores, três lâmpadas (LA = 6V/250mA, LB e LC = 6V/2W), uma fonte e uma chave. O seletor de escala do multímetro foi ajustado para medir correntes de até 10 A, ressaltando que o cabo vermelho foi colocado no borne de entrada 10 ADC. As pontas de prova do amperímetro foram colocadas entre as ilhas de conexão 5 e 6, para medição de corrente elétrica. Em seguida o amperímetro foi substituído por um condutor, e foi medida a corrente que passa entre as lâmpadas A e B, e posteriormente entre as lâmpadas B e C. Após o exposto, mediu-se a tensão em cada lâmpada e calculou-se a tensão total. De posse dessas medições foi calculada a resistência elétrica de cada lâmpada e posteriormente a resistência equivalente. Na sequência foi calculada usando a lei de Ohm. Finalmente as lâmpadas foram mantidas acesas e uma delas foi desenroscada do suporte a fim de analisar o comportamento das demais. 12 Figura 6: Figura 6: A) Desenho esquemático da associação de lâmpadas em série; B) Fotografia da associação de lâmpadas em série. Fonte: A) Roteiro experiência 2, Circuitos Elétricos: Associação de resistores em série e em paralelo; B) Acervo pessoal. C. Associação de resistores em paralelo (Parte 1) Nesta etapa foi montado um circuito com os mesmo resistores utilizados no experimento A (Figura 7). Em seguida foi calculada a resistência equivalente para esse tipo de associação, e medido os valores de corrente elétrica entre os pontos CD (ICD), EF (IEF) e em A (IA), bem como a diferença de potencialVAB fazendo variar os valores de voltagem de modo análogo ao experimento A. Posteriormente os resistores foram substituídos por lâmpadas de 6V/2W, e realizou-se as mesmas medições anteriores para valores de voltagem análogos. Figura 7: Circuito contendo associação de resistores em paralelo. Fonte: Roteiro experiência 2, Circuitos Elétricos: Associação de resistores em série e em paralelo. 13 D. Associação de resistores em paralelo (Lâmpadas) (Parte 2) Primeiramente foi montado um circuito com nove condutores, fonte de 6V em série com a chave e três lâmpadas, as quais constam lista de materiais, ligadas em paralelo com a fonte (Figura 8). Posteriormente a fonte foi ligada e o seletor de escala do multímetro para medir corrente elétrica foi ajustado para leitura de até 10ª, para então ser medida corrente elétrica. Na sequencia o amperímetro foi substituído por um condutor, e foi medida a corrente elétrica que circula pelas lâmpadas A, B e C, por fim os valores das correntes foram somados. Figura 8: A) Desenho esquemático do circuito contendo associação de resistores em paralelo para lâmpadas; B) Fotografia do circuito contendo associação de resistores em paralelo para lâmpadas. Fonte: A) Roteiro experiência 2, Circuitos Elétricos: Associação de resistores em série e em paralelo; B) Acervo pessoal. As lâmpadas foram ligadas, mediu-se a tensão aplicada em cada lâmpada e nos extremos das lâmpadas, também foi aferida a tensão entre as lâmpadas A e C. Calculou-se a resistência de cada lâmpada e a resistência total da associação pela Lei de Ohm. A resistência total também foi calculada pela formula para resistores em paralelo e os resultados foram comparados com o dos itens anteriores. Por fim mantendo as lâmpadas ligadas uma delas foi retirada do soquete para entender o comportamento das demais. 14 4. RESULTADOS A. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO A Tabela 1 apresenta os dados dos resistores utilizados no procedimento A. Resistores Resistência de acordo com o código de cores (Ohm) Resistência medida com o Multímetro (Ohm) R1 120 121 R2 1000 994 Resistência Equivalente (R1+R2) 1120 1115 Tabela 1: Resistências Aferidas e Calculadas. A Tabela 2 apresenta valores de diferenças de potenciais de trechos do circuito, obtidos variando-se a tensão na fonte. Fonte [V] DDP (A -B) [V] DDP (C - D) [V] DDP (A - D) [V] 2 0,21 1,8 2,07 4 0,42 3,61 4,03 6 0,64 5,44 6,07 Tabela 2: Valores das quedas de potenciais entre os pontos AB, CD e AD. A Tabela 3 apresenta os valores de corrente no circuito ao se variar a tensão na fonte. Fonte (V) Corrente (mA) 2 1,8 4 3,6 6 5,4 Tabela 3: Corrente que circula no circuito. Substituindo os resistores do circuito por duas lâmpadas de tensão de 6V e potência de 2Watts, tem-se os seguintes dados (Tabela 4): Fonte [V] DDP (A - B) [V] DDP (C - D) [V] DDP (A - D) [V] Corrente (mA) 2 1,04 0,95 2,02 70,4 4 2,03 1,92 4,01 101 6 3,08 2,91 6,01 126,5 Tabela 4: Valores de quedas de potenciais entre os pontos AB, CD e AD e a respectiva corrente que circula no circuito. 15 Cálculo da Potência Dissipada: Para o cálculo da potência dissipada, utiliza-se a seguinte equação: P=V*I. Os resultados encontrados estão dispostos nas Tabelas 5, 6, 7 e 8. A) Nos resistores: Resistor 1 DDP no resistor (V) Corrente (mA) Potência Dissipada(Watts) 0,21 1,8 0,000378 0,42 3,6 0,001512 0,64 5,4 0,003456 Tabela 5: Potência dissipada no resistor 1. Resistor 2 DDP no resistor (V) Corrente (mA) Potência Dissipada(Watts) 1,8 1,8 0,00324 3,61 3,6 0,012996 5,44 5,4 0,029376 Tabela 6: Potência dissipada no resistor 2. B) Nas lâmpadas: Lâmpada 1 Tensão na Fonte(V) Corrente (mA) Potência Dissipada(Watts) 1,04 70,94 0,0737776 2,03 101 0,20503 3,08 126,5 0,38962 Tabela 7: Potência Dissipada na lâmpada 1. Lâmpada 2 Tensão na Fonte(V) Corrente (mA) Potência Dissipada(Watts) 0,95 70,94 0,067393 1,92 101 0,19392 2,91 126,5 0,368115 Tabela 8: Potência dissipada na lâmpada 2. 16 B. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE (LÂMPADAS) (PARTE 2): A Tabela 9 apresenta os dados das lâmpadas utilizadas nesse procedimento. Lâmpadas Tensão (V) Corrente (mA) Potência (W) La 6 250 - Lb 6 - 2 Lc 6 - 2 Tabela 9: Informações das lâmpadas utilizadas no circuito. A Tabela 10 apresenta os valores de intensidade de corrente ao se variar a tensão na fonte. Fonte (V) Corrente (A) (ilhas 5 e 6) 2 0,06 4 0,08 6 0,1 Tabela 10: Intensidade da corrente que circula entre as ilhas de conexão 5 e 6. f) A intensidade de corrente elétrica que circula nas lâmpadas A, B e C são iguais (Tabela 11), haja vista que a corrente é igual em todos os pontos em um circuito em série. Lâmpada A - B (A) Lâmpada B-C (A) Corrente Total (A-C) (A) 0,06 0,06 0,06 Tabela 11: Corrente elétrica para os pontos A-B e BC e A-C. j) A corrente total é 0,06A. A Tabela 12 fornece os valores medidos da tensão em cada lâmpada e a tensão total calculada. Como as lâmpadas estão ligadas em série, a soma das diferenças de potencial de todas as lâmpadas é igual à diferença de potencial aplicada. Dessa forma, a tensão total foi calculada pela soma da DDP (Diferença de Potencial) de cada lâmpada. Fonte Tensão Total (V) DDP Lâmp. A (V) DDP Lâmp. B (V) DDP Lâmp. C (V) Tensão Total Calculada (V) 2 2,02 0,72 0,71 0,6 2,03 4 4,02 1,44 1,38 1,12 3,94 6 6,03 2,19 2,1 1,67 5,96 Tabela 12: Valores da tensão em cada lâmpada e valores da tensão total calculada. 17 A Tabela 13 apresenta os valores de tensão total, medidos entre o trecho A-C. Fonte (V) Lâmp. A-C (V) 2 1,99 4 4,01 6 6 Tabela 13 Tensão entre as lâmpadas A-C lida no voltímetro. m) Os valores de tensão calculada e tensão medida são diferentes, porém, os valores são bem próximos. Essa diferença se deve aos erros de acurácia ao se realizar as aferições. n) Cálculo da resistência elétrica de cada lâmpada: O cálculo é realizado segundo a equação da Lei de Ohm (V=RI), utilizando os dados das Tabelas 10 e 12. Lâmpada A: 12 06,0 72,0 I V R 18 08,0 44,1 I V R 9,21 1,0 19,2 I V R Lâmpada B: 83,11 06,0 71,0 I V R 25,17 08,0 38,1 I V R 21 1,0 1,2 I V R Lâmpada C: 10 06,0 6,0 I V R 14 08,0 12,1 I V R 7,16 1,0 67,1 I V R 18 o) Cálculo da Resistência Equivalente da pela expressão para Associação em série: Para o circuito com corrente de 0,06A: 83,331083,1112eqR Para o circuito com corrente de 0,08A: 25,491425,1718eqR Para o circuito com corrente de 0,1A: 6,597,16219,21eqR A Tabela 14 apresenta um resumo das resistências calculadas de cada lâmpada e a respectiva resistência equivalente para as associações em série. Corrente do Circuito (A) Resistência da Lâmp. A (Ohm) Resistência da Lâmp. B (Ohm) Resistência da Lâmp. C (Ohm) Resistência Equivalente da Associação (Ohm) 0,06 12 11,83 10 33,89 0,08 18 17,25 14 49,25 0,01 21,9 21 16,7 59,6 Tabela 14: Resumo das Resistências calculadas.p) Cálculo da resistência equivalente segunda a Lei de Ohm: Para este cálculo são usados os dados de tensão e corrente das Tabelas 10 e 13: Para a associação com uma corrente de 0,06A: 17,33 06,0 99,1 I V R Para a associação com uma corrente de 0,08A: 125,50 08,0 01,4 I V R Para a associação com uma corrente de 0,1A: 19 60 1,0 6 I V R A Tabela 15 apresenta um resumo das resistências equivalentes utilizando a expressão da associação em série e utilizando a Lei de Ohm. q) Não, porém os valores são bem próximos, que se aos erros de acurácia. Dessa forma, conclui-se que o procedimento foi realizado de forma satisfatória. Resistência Equivalente calculada pela expressão de associação em série ( ) Resistência calculada pela Lei de Ohm ( ) Desvio Padrão ( ) 33,83 33,17 5,0 49,25 50,12 6,0 59,6 60 3,0 Tabela 15: Resumo das resistências calculadas. r) Com as lâmpadas ligadas, ao soltar qualquer lâmpada do suporte, as outras duas se desligam. s) Conclui-se que quando uma diferença de potencial é aplicada em uma associação de resistências em série, a corrente é a mesma em qualquer ponto, e a soma das diferenças de potenciais dos resistores é igual a diferença de potencial aplicada. Além disso, a resistência equivalente de uma associação em série é dada pela soma das resistências dos resistores. Cálculo da Potência dissipada Para o cálculo da potência dissipada, utiliza-se a seguinte equação: P=V*I. Os resultados encontrados estão dispostos na Tabela 16. Lâmpada A Tensão (V) Corrente (A) Potência Dissipada(Watts) 0,72 0,06 0,0432 1,44 0,08 0,1152 2,19 0,1 0,219 Lâmpada B Tensão (V) Corrente (A) Potência Dissipada(Watts) 0,71 0,06 0,0426 1,38 0,08 0,1104 2,1 0,1 0,21 20 Lâmpada C Tensão (V) Corrente (A) Potência Dissipada(Watts) 0,6 0,06 0,036 1,12 0,08 0,0896 1,67 0,1 0,167 Tabela 16: Resultados das potências dissipadas nas lâmpadas. C. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO (PARTE 1) A Tabela 17 apresenta os dados das resistências aferidas dos dois resistores utilizados no circuito e a resistência equivalente calculada pela expressão de associação em paralelo. Resistores Resistência de acordo com o código de cores (Ohm) Resistência medida com o Multímetro (Ohm) R1 120 121 R2 1000 994 Resistência Equivalente 1 21 ) 11 ( RR Req 107,14 107,87 Tabela 17: Resistências aferidas e calculadas. A Tabela 18 apresenta os valores medidos de corrente e tensão para a associação em paralelo dos dois resistores da Tabela 17. Fonte (V) Corrente em A (mA) Corrente em CD (mA) Corrente em EF (mA) DDP A-B (V) 2 18,7 2 16,4 1,99 4 36,7 4 32,1 4,01 6 55,1 6 48,6 5,99 Tabela 18: Valores de tensão e correntes aferidos para a associação em paralelo de resistores. A Tabela 19 apresenta os dados obtidos de tensão e corrente ao se substituir os resistores do circuito por duas lâmpadas (de tensão de 6V e potência de 2Watts). Fonte (V) Corrente em A (mA) Corrente em CD (mA) Corrente em EF (mA) DDP A-B (V) 2 0,2 0,1 0,09 1,99 4 0,29 0,15 0,14 4,01 6 0,37 0,19 0,18 5,99 Tabela 19: Valores de tensão e corrente aferidos para a associação em paralelo de lâmpadas. 21 Cálculo da Potência dissipada: Para o cálculo da potência dissipada, utiliza-se a seguinte equação: P=V*I. Os resultados encontrados estão dispostos nas Tabelas 20 e 21. A) Nos resistores: Resistor 1 Tensão na Fonte(V) Corrente (mA) Potência Dissipada(Watts) 1,99 16,4 0,032636 4,01 32,1 0,128721 5,99 48,6 0,291114 Resistor 2 Tensão na Fonte(V) Corrente (mA) Potência Dissipada(Watts) 1,99 2 0,00398 4,01 4 0,01604 5,99 6 0,03594 Tabela 20: Potência dissipada nos resistores. B) Nas lâmpadas: Lâmpada 1 Tensão na Fonte(V) Corrente (A) Potência Dissipada (Watts) 1,99 0,09 0,1791 4,01 0,14 0,5614 5,99 0,18 1,0782 Lâmpada 2 Tensão na Fonte(V) Corrente (A) Potência Dissipada (Watts) 1,99 0,1 0,199 4,01 0,15 0,6015 5,99 0,19 1,1381 Tabela 21: Potência dissipada nas lâmpadas. D. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO (LÂMPADA) (PARTE 2) d) Corrente entre as ilhas 5 e 6 0,58ª Tabela 22: Corrente total para um resistor equivalente. 22 Não podemos considerar que esta corrente é a que está chegando em todas as lâmpadas, apenas na primeira lâmpada. e) São diferentes. Lâmpada A (mA) Lâmpada B (mA) Lâmpada C (mA) 0,19 0,18 0,21 Tabela 23: Intensidade de corrente que circula nas lâmpadas A, B e C. i) A intensidade de corrente que circula nas lâmpadas são diferentes. j) Soma das correntes= 0,19+0,18+0,21=0,58A. k) São iguais. Fonte (V) Lâmp. A (V) Lâmp. B (V) Lâmp. C (V) DDP Total 6 5,84 5,83 5,82 5,9 Tabela 24: Tensão aplicada em cada lâmpada. m) As tensões são bem próximas, com um desvio padrão de 0,01A. n) Trecho A-C 5,75V Tabela 25: Tensão aferida entre o trecho A-C. o) e p) Cálculo das resistências das lâmpadas e da resistência total utilizando a Lei de Ohm: Para o cálculo foram utilizados os dados das Tabelas 23 e 24. Resistência (ohm) - R=V/I Lâmp A ( ) Lâmp. B ( ) Lâmp. C ( ) Total ( ) 30,74 32,39 27,71 10,17 Tabela 26: Resistência das lâmpadas calculadas. q) Cálculo da resistência total, utilizando a expressão para associação em paralelo: 23 05,10) 71,27 1 39,32 1 74,30 1 () 111 ( 11 321 RRR Req r) Os valores da resistência total utilizando a Lei de Ohm e a expressão para associação em paralelo são próximos, com um desvio padrão de 0,08 . s) Com as lâmpadas ligadas, ao soltar qualquer uma das lâmpadas do soquete, as outras duas permanecem ligadas. t) Conclui-se que quando uma diferença de potencial é aplicada a resistores ligados em paralelos, todos os resistores são submetidos à mesma diferença de potencial. Cálculo da Potência dissipada: Lâmpada A Tensão na Fonte(V) Corrente (A) Potência Dissipada (Watts) 6 0,19 1,14 Lâmpada B Tensão na Fonte(V) Corrente (A) Potência Dissipada (Watts) 6 0,18 1,08 Lâmpada C Tensão na Fonte(V) Corrente (A) Potência Dissipada (Watts) 6 0,21 1,26 Tabela 27: Valores das potências dissipadas. 24 5. DISCUSSÃO Analisando e comparando os valores de resistência equivalente dos circuitos em série e em paralelo foi possível notar que na associação em paralelo a diferença de potencial é a mesma para as resistências envolvidas no circuito, fato que não é observado na associação em série. Destaca-se que na associação em série a corrente atuante é a mesma para as resistências do circuito, fato que não é observado na associação em paralelo. É importante ressaltar que na associação em série a resistência equivalente é maior que qualquer resistência intrínseca ao circuito, em contrapartida na associação em paralelo isso não é verificado. Experimentalmente observou-se que o resistor possui uma maior resistência do que a lâmpada, no entanto a corrente se expressa de forma mais significativa na lâmpada. É fatoque as duas grandezas influenciam no aumento da potência elétrica, ou seja, ambas as grandezas são diretamente proporcionais à quantidade de calor dissipado. Ao analisar o Efeito Joule, torna-se perceptível observar que a corrente possui maior contribuição para o aumento da quantidade de calor dissipado do que a resistência, pois a resistência (em resistores ôhmicos) cresce como função do primeiro grau e a corrente cresce como função do segundo grau. Assim é possível sugerir que a potência dissipada na lâmpada é maior do que a potência dissipada no resistor. Notadamente foi possível verificar no procedimento “B” que a resistência equivalente é maior do que a maior das resistências que a compõe. Também foi perceptível que quão maior for o número de resistências e seus respectivos valores, maior será a resistência equivalente. No entanto, no que se refere ao experimento “D” observou-se que a resistência equivalente é menor do que a maior das resistências que a compõe. Também foi perceptível que quanto maior o número de resistências envolvidas maior será a resistência equivalente, e quão maior o valor das resistências envolvidas menor será a resistência equivalente. É fato que a medida que a resistência decresce a corrente aumenta e quão maior a corrente, maior a potência elétrica, ou simplesmente energia dissipada. Portanto sugere-se que o circuito montado em paralelo dissipa maior quantidade de calor que o circuito montado em série. 25 6. CONCLUSÃO Conclui-se que os objetivos dos experimentos foram alcançados e foi possível comprovar as relações existentes entre circuitos em série e em paralelo. Os valores de resistência equivalente foram bem próximos tanto para os circuitos em série como para os circuitos em paralelo. As variações desses valores se devem aos erros de acurácia que ocorrem no momento da aferição dos valores de tensão e corrente e/ou imprecisão dos aparelhos de medida. 26 7. REFERÊNCIAS IFRN, Material extra – Circuitos resistivos. Disponível em: <https://docente.ifrn.edu.br/valdembergpessoa/disciplinas/turma-1.4401.1v/material-extra- circuitos-resistivos> Acesso em 12 de setembro de 2015. FILHO, G. S; RIBEIRO, L. L. A; DANTAS, L. N. Associação de Resistores. Relatório. São Cristóvão: UFS, 2011. 11 p. HALLIDAY, D; RESNICK, R. Fundamentos de Física, Volume 3. Sétima edição. Rio de Janeiro: LTC, 2007; NUSSENZVEIG, H M. Curso de Física Básica: 3 - Eletromagnetismo. São Paulo: Edgard Blücher Ltda., 2009. Edward Ferraz de Almeida Junior. Roteiro experiência 2, Circuitos Elétricos: Associação de resistores em série e em parapelo. Universidade Federal do Oeste da Bahia. Física Geral e Experimental III – A – IAD223, 2014. 1. OBJETIVOS 2. INTRODUÇÃO 3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 3.1. MATERIAIS 3.2. METODOLOGIA A. Associação de resistores em série (Parte 1) B. Associação de resistores em série (Lâmpadas) (Parte 2) C. Associação de resistores em paralelo (Parte 1) D. Associação de resistores em paralelo (Lâmpadas) (Parte 2) 4. RESULTADOS A. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO B. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE (LÂMPADAS) (PARTE 2): C. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO (PARTE 1) D. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO (LÂMPADA) (PARTE 2) 5. DISCUSSÃO 6. CONCLUSÃO 7. REFERÊNCIAS
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