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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO PROFESSOR: MARCELO NOBRE DOS SANTOS BESERRA SIRLENO ITAMAR BARBOSA PINHEIRO ANA OLÍVIA NEVES LEITE LEONARDO AMARO FELISBERTO WESLLEY THIAGO MARTINS FERNANDES LUCAS DE MEDEIROS TRINDADE LEI DE OHM ANGICOS 27/09/2016 SIRLENO ITAMAR BARBOSA PINHEIRO ANA OLÍVIA NEVES LEITE LEONARDO AMARO FELISBERTO WESLLEY THIAGO MARTINS FERNANDES LUCAS DE MEDEIROS TRINDADE LEI DE OHM Trabalho a ser apresentado à Disciplina de Laboratório de Eletricidade e Magnetismo, do Curso de Bacharelado de Ciência e Tecnologia da Universidade Federal Rural do Semiárido, como requisito para obtenção parcial da nota referente aos experimentos da Unidade I. Docente: Prof. MARCELO NOBRE DOS SANTOS BESERRA ANGICOS 27/09/2016 SUMÁRIO INTRODUÇÃO.................................................................................................................4 1. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO..........................................................................6 1.1 Materiais Utilizados.....................................................................................................6 1.2 Procedimento Experimental.........................................................................................6 2. QUESTÕES PROPOSTAS .......................................................................................8 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS.....................................................................................11 4. REFERENCIAL TEÓRICO.....................................................................................12 II RESUMO A eletrodinâmica estuda as cargas elétricas em movimento em circuitos devidamente fechados. Nela apresenta-se alguns termos específicos, como Resistência Elétrica, Diferença de Potencial, Corrente Elétrica e Capacitância. A lei de ohm, descoberta e formulada por Georg Simon Ohm, relaciona as três grandezas elétricas principais e demonstra como elas estão intrinsecamente ligadas. Essa descoberta se deu por um experimento relativamente simples feito por Georg, por suas descobertas seu nome foi dado a essa lei da eletricidade. Tal lei, recebeu esse nome em homenagem a George Simon Ohm. Físico alemão, Ohm viveu entre os anos de 1787 e 1854. Em 1827 ele apresentou uma lei sobre a resistência dos condutores, lei essa que anos mais tarde ficou conhecida como Lei de Ohm. O presente relatório refere-se às aulas práticas no laboratório de Eletricidade e Magnetismo, cujo objetivo foi de determinar após a prática, a relação existente entre a DDP do circuito e sua intensidade. Palavras-chave: Eletrodinâmica; Lei de Ohm, Capacitância, Corrente elétrica, DDP. III 4 INTRODUÇÃO A Lei de Ohm recebeu esse nome para homenagear o físico alemão, George Simon Ohm. Em seus experimentos demonstrou que a corrente elétrica, que circula em um resistor metálico, é diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada nos terminais dele. Uma diferença de potencial V é aplicada aos terminais do dispositivo que está sendo testado, e a corrente resultante i é medida em função de V. A polaridade de V é tomada arbitrariamente como sendo positiva quando o terminal da esquerda do dispositivo possui um potencial maior do que o terminal da direita. O sentido da corrente (da esquerda para a direita) é tomado arbitrariamente como sendo sentido positivo. Neste caso, a polaridade de V (com o terminal da direita com o potencial maior) e a corrente resultante são tomadas como sendo negativas. Matematicamente a lei de Ohm pode ser escrita da seguinte forma: V = R . i Onde, V é a diferença de potencial, cuja unidade é o Volts (V); i é a corrente elétrica, cuja unidade é o Àmpere (A), e; R é a resistência elétrica, cuja unidade é o Ohm (Ω). A lei de Ohm é a afirmação de que a corrente que atravessa um dispositivo é sempre diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada ao dispositivo. Um dispositivo obedece à lei de Ohm se a resistência do dispositivo não depende do valor absoluto nem da polaridade da diferença de potencial aplicada. Essa lei nem sempre é válida, ou seja, ela não se aplica a todos os resistores, pois depende do material que constitui o resistor, quando é obedecida, o resistor é dito resistor ôhmico ou linear. E a expressão matemática descrita por Simon vale para todos os tipos de condutores, tanto para aqueles que obedecem quanto para os que não obedecem a lei de Ohm. Um material obedece à lei de Ohm se a resistividade do material não depende do módulo nem da direção do campo elétrico aplicado. Todos os materiais homogêneos, sejam eles condutores como o cobre ou semi-condutores como o silício puro ou dopado com impurezas, obedecem à lei de Ohm dentro de uma faixa de valores do campo elétrico aplicado. Para valores elevados do campo elétrico, porém, sempre são observados desvios em relação à lei de Ohm. Fica claro que o condutor que se submete a esta lei terá sempre o mesmo valor de resistência, 5 não importando o valor da voltagem e o condutor que não obedece, terá valores de resistência diferentes para cada valor de voltagem aplicada sobre ele. Assim, o presente relatório tem como objetivo geral determinar a relação entre a diferença de potencial aplicada aos extremos de uma resistência elétrica e a intensidade de corrente que circula pela mesma. E para nos aprofundar ainda mais no assunto temos como objetivo específico desenvolver habilidades no manuseio de amperímetros e voltímetros. 6 1. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO 1.1 Materiais utilizados 01 Painel para associações elétricas Balen com chave liga-desliga; 04 Conexões de fios com pinos banana; 01 Fonte de alimentação; 01 Amperímetro na escala adequada, e; 01 Papel milimetrado. 1.2 Procedimento experimental A prática realizada no laboratório de eletricidade iniciou-se da seguinte forma: Monta-se o circuito envolvendo a resistência R, fonte de tensão DC, Amperímetro e chave elétrica, mantendo a chave na posição desligada, de acordo com a figura ao lado. OBS: O amperímetro deve ser conectado em 1série ao circuito Após a montagem, regulou-se a fonte de alimentação para 1,0 VCC e anotando o valor lido no amperímetro. Elevando a tensão (V) da fonte de 1,0 em 1,0 VCC, até 4,0, medindo para cada caso o valor da intensidade de corrente (I) que circula pela resistência. (A2) V (Volts) IR (Amperes) 0,0 0,0 1,0 10,4x10−3 2,0 20,9x10−3 3,0 30,7x10−3 4,0 40,7x10−3 1 A1 – Como é chamada a associação elétrica existente entre a chave liga-desliga, resistência e amperímetro. 7 (A3) - Gráfico V (ordenada) versus I (abcissa) desta resistência. -0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,040,045 D IF ER EN Ç A D E P O TE N C IA L EL ÉT R IC O ( V ) INTENSIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA (A) V x I V Linear (V) 8 2. QUESTÕES PROPOSTAS (A4) Classificar a figura geométrica obtida no gráfico. Fazer um ajuste da curva usando o método de regressão linear e determinar os parâmetros geométricos relevantes, anexar a memória de cálculo. (Esse método permite determinar a reta que melhor se ajusta aos dados experimentais). Quais são os significados físicos dos parâmetros obtidos no ajuste? A figura é uma reta e o significado físico dos parâmetros obtidos é a resistência. 𝑎 = ∑ 𝑥𝑖𝑦𝑖 𝑁 𝑖=1 − 1 𝑁 ∑ 𝑥𝑖 𝑁 𝑖=1 ∑ 𝑦𝑖 𝑁 𝑖=1 ∑ 𝑥𝑖2 𝑁 𝑖=1 − 1 𝑁 (∑ 𝑥𝑖) 𝑁 𝑖=1 2 𝑏 = ∑ 𝑦𝑖 𝑁 𝑖=1 −𝑎 ∑ 𝑥𝑖 𝑁 𝑖=1 𝑁 ∑ 𝑥𝑖 4 𝑖=1 = (0,0104 + 0,0209 + 0,0307 + 0,0407) = 0,1027 ∑ 𝑦𝑖 4 𝑖=1 = (0,1 + 0,2 + 0,3 + 0,4) = 1 ∑ 𝑥𝑖𝑦𝑖 4 𝑖=1 = (0,0104 ∗ 0,1 + 0,0209 ∗ 0,2 + 0,0307 ∗ 0,3 + 0,0407 ∗ 0,4) = 0,03071 ∑ 𝑥𝑖 2 4 𝑖=1 = (0,01042 + 0,02092 + 0,03072 + 0,04072) = 0,00314 𝑎 = ∑ 𝑥𝑖𝑦𝑖 4 𝑖=1 − 1 4 ∑ 𝑥𝑖 4 𝑖=1 ∑ 𝑦𝑖 4 𝑖=1 ∑ 𝑥𝑖2 4 𝑖=1 − 1 4 ( ∑ 𝑥𝑖) 4 𝑖=1 2 = 0,03071 − 1 4 ∗ 0,1027 ∗ 1 0,00314 − 1 4 0,1027 2 𝑎 = 10,14360248 𝑏 = ∑ 𝑦𝑖 4 𝑖=1 − 𝑎 ∑ 𝑥𝑖 4 𝑖=1 4 = 1 − 10,14360248 ∗ 0,1027 4 𝑏 = −0,010436993 𝑦 = 10,14360248𝑥 − 0,010436993 Equação da reta que representa o ajuste dos pontos à regressão linear: y= 10x. O coeficiente angular corresponde a corrente que passa pelo circuito. E o coeficiente linear é bem próximo de zero. 9 (A5) Verificar o seguinte enunciado: “A intensidade de corrente que circula por um condutor é, a cada instante, proporcional à diferença de potencial aplicada às extremidades da mesma.” O enunciado corresponde a alguma Lei Física? Corresponde a Lei de Ohm. (A6) - Expressar a potência P do resistor como uma função de: P (V,I), P(I,R) e P(V,R). Determinar a potência, em Watts, dissipada no resistor deste experimento. Sabemos que a potência de um dispositivo elétrico é determinada pela seguinte equação: 𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 (1) Da lei de ohm temos: 𝑉 = 𝑅 ∗ 𝐼 (2) Para P (V, I): 𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 Para P (I, R): Substituímos a equação (2) na equação (1) obtemos: 𝑃 = 𝑅 ∗ 𝐼2 Para P (V, R): Isolando I na equação (2) temos: I = V R (3) Substituindo a equação (3) na equação (1) temos a seguinte expressão: 𝑃 = 𝑉 ∗ V R = V2 R Calcular a potência em Watts dissipada no experimento: Primeiro devemos encontrar o valor da resistência: Calculando a média da resistência nos testes temos o seguinte valor: 10 (A7) A lei física obtida é válida somente para certas resistências elétricas chamadas de resistências ôhmicas. As que não obedecem a Lei de Ohm são denominadas de resistências não ôhmicas. As lâmpadas incandescentes são um exemplo de resistências não ôhmicas. Esboce um gráfico de I versus V de uma lâmpada incandescente e descreva fisicamente o que foi observado. É possível observar que a potência dissipada no filamento aumenta com o aumento da tensão aplicada. E a razão desse gráfico não ser linear é o fato que a resistência da lâmpada incandescente varia de acordo com a temperatura. 11 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS Após a realização do experimento, foi verificado uma perfeita execução do mesmo, obtendo resultados satisfatórios e coerentes com aquilo que foi estudado, bem como, o cumprimento dos objetivos. Foi possível verificar e estabelecer os valores de resistência e corrente elétrica, onde durante a etapa, vimos que, quando aumentamos a voltagem em uma corrente, ligado a resistores, o modulo do potencial da corrente aumenta gradativamente ao aumentarmos a voltagem. O experimento denota a validade dos princípios fundamentais da eletricidade. Com o experimento realizado, podemos de forma correta, utilizar os equipamentos de medição de eletricidade, como o multímetro. Portanto, podemos dizer que nossos objetivos, mais uma vez, foram alcançados. Sempre tomando os devidos cuidados com a prática e sempre com o auxílio do professor. Revisando conceitos e aprendendo outros novos. Verificando na prática, a aprendizagem do conteúdo repassado em sala de aula. 12 5. REFERENCIAL TEÓRICO HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; E. WALKER, J. Fundamentos da Física. V. 3. 4.ed.- Rio de Janeiro: Livros Tecnicos e Científicos, 1996. HALLIDAY, David; RESNIK, Robert; KRANE, Denneth S. Física 3: Volume 2. 5 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004. 384 p. SANTOS, Marco Aurélio Da Silva. "A lei de Ohm"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-lei-ohm.htm>. Acesso em 12 de abril de 2016. SEARS & ZEMANSKI, YOUNG & FREEDMAN, Física III, Eletricidade e Magnetismo, 12ª Edição, Person 2008.
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