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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS LABORATÓRIO DE FÍSICA III ENGENHARIA ELÉTRICA CORRENTE ELÉTRICA NOS CONDUTORES METÁLICOS Bruna Lourenço Santana Professor: José Tadeu de Oliveira Belo Horizonte 2017 INTRODUÇÃO A resistência elétrica é definida como a capacidade que um material tem de opor-se à passagem da corrente elétrica. A Lei de Ohm relaciona resistência, corrente e tensão, dizendo que a voltagem aplicada em um condutor (que possui uma resistência) é proporcional à passagem de corrente elétrica. A resistência de um componente depende do comprimento, espessura e do material de que ele é feito. Já a resistividade é uma propriedade que diz respeito a características microscópicas intrínsecas, pode ser calculada a partir do campo elétrico e corrente elétrica. Temos: 𝑅 = 𝜌 𝐿 𝐴 (1) Sendo R(Ω), resistência, L(m), o comprimento, 𝜌 (Ω. 𝑚), resistividade e A(m²), área da seção reta. 𝐸 = 𝑉 𝐿 (2) 𝐽 = 𝑖 𝐴 (3) 𝜌 = 𝐸 𝐽 (4) Em que V, é tensão em volts, E(V/m), é o campo elétrico e J é densidade de corrente (A/m²). Pode-se calcular a resistividade de um fio uniforme e homogêneo medindo a diferença de potencial em diferentes pontos de seu comprimento. Calcula-se campo elétrico, a densidade de corrente e a partir da Eq. 4 a resistividade. OBJETIVO Observar como se comporta a resistência de acordo com o comprimento de um fio uniforme e homogêneo. Registrar a queda de tensão em diferentes comprimentos do fio, traçar uma curva característica V x L, analisar os dados coletados e calcular a resistividade. DESENVOLVIMENTO Materiais utilizados: • 1 voltímetro • 1 miliamperímetro • 1 ponte de fio de resistência ( com 1 metro de comprimento) • 1 fonte CC (2 pilhas ligadas em série) • 5 cabos de ligação • 1 micrômetro • 1 régua ou fita métrica Método Primeiro, deve-se realizar a montagem do circuito como é indicado no diagrama esquemático abaixo: A partir do miliamperímetro anota-se corrente do circuito que não varia durante o experimento. Feito isso, a queda de tensão é medida do começo ao final do fio, a cada 0,1m. Os valores são dispostos em uma tabela. É utilizado um micrometro para medir o diâmetro do fio condutor. No programa SciDaves, são utilizados os dados coletados para plotar dois gráficos através da regressão linear. V x L, a tensão medida ao longo do comprimento do fio e R x L, a resistência de acordo com o comprimento do fio. Cálculo da densidade da corrente 𝑑𝑖â𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 5,4 ∗ 105 𝑟𝑎𝑖𝑜 = 2,7 ∗ 10−5 𝐴 = 𝜋 ∗ 𝑟2 = 2,2 ∗ 10−9 𝐽 = 195 ∗ 10−3 2,2 ∗ 10−9 = 8,86 ∗ 107 Resultados e análises Tabela 1: Tensão V(V) em um fio condutor de comprimento L(m) e resistência R( ). i(A) é a corrente elétrica do circuito (𝐿 ± 0,001) 𝑚 𝑉 (𝑉) ± 3% 𝐼 (𝐴) ± 3% 𝑅(Ω) ± 6% 0,1 0,15 195 X 10−3 0,769 0,2 0,32 195 X 10−3 1,641 0,3 0,48 195 X 10−3 2,461 0,4 0,64 195 X 10−3 3,282 0,5 0,79 195 X 10−3 4,051 0,6 0,94 195 X 10−3 4,820 0,7 1,20 195 X 10−3 6,153 0,8 1,25 195 X 10−3 6,41 0,9 1,40 195 X 10−3 7,179 1,0 1,55 195 X 10−3 7,948 Gráfico 1: Variação da tensão ao longo de um fio condutor homogêneo em função do comprimento (V x L) Nes/te gráfico, a inclinação (coeficiente angular) fornece o valor do campo elétrico, de acordo com a Eq. 2 V=1,571*L+0,007 E=1,571 V/m Gráfico 2: Variação da resistência em função do comprimento do fio condutor homogêneo No gráfico resistência em função do comprimento a inclinação é a resistividade dividida pela área da seção reta, de acordo com a Eq. 1. R=8,056*L+0,037 𝜌 = 8,056 ∗ 2,2 ∗ 10−9 = 1,77 ∗ 10−8 CONCLUSÃO Observou-se, na prática, que a resistência varia proporcionalmente ao comprimento do fio. Conclui-se que quanto maior o comprimento do fio, maior a resistência e, assim, maior a queda de tensão. Como o campo elétrico é V/L, ele se mantém uniforme. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Resistividade Elétrica. Disponível em: <http://www.fisica.ufmg.br/~lab1/roteiros_2013/Resistividade_eletrica.pdf>. Acesso em setembro de 2017 Resistência Elétrica. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/resistencia-eletrica/>. Acesso em setembro de 2017 Corrente Elétrica. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/corrente-eletrica.htm>. Acesso em setembro de 2017 Campo Elétrico. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/campo.p hp>. Acesso em setembro de 2017 ANEXOS FOLHA DE BANCADA