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5 1. INTRODUÇÃO Resistência é a propriedade dos materiais de se opor ou resistir ao movimento dos elétrons. Um resistor é um componente elétrico cuja função é limitar a corrente elétrica, transformando energia elétrica em energia térmica (efeito Joule), a partir do material empregado. Assim, a característica principal de um resistor é sua resistência, dada em Ohms (Ω), sendo que a relação entre tensão e corrente em um resistor é expressa pela Lei de Ohm (R = 𝑉 𝑙 ). Um resistor “ideal” tem uma resistência fixa ao longo de todas as frequências e amplitudes de tensão e corrente, bem como toda faixa de temperatura. A resistência de um componente pode ser calculada pelas suas características físicas, sendo proporcional ao comprimento do resistor e à resistividade do material (uma propriedade intrínseca de cada material) e inversamente proporcional à área de seção transversal. A equação para determinar a resistência de uma seção do material é: R = 𝜌 ∙ 𝑙 𝐴 (Equação 1) em que: l é o comprimento do condutor (em m), A é a área de sua seção transversal (em m²) e 𝜌 é a chamada resistividade do material (em Ω∙ 𝑚). Isso pode ser estendido a uma integral para áreas mais complexas, mas essa fórmula simples é aplicável a fios cilíndricos e à maioria dos condutores comuns, como no nosso caso. A resistência de um condutor “real” varia com a temperatura. No caso dos metais, a resistência aumenta quando a temperatura aumenta. Há certas substâncias cuja resistência diminui à medida que a temperatura que a temperatura aumenta, as principais são o carbono e o telúrio. Um gráfico de resistência em função da temperatura tem o aspecto indicado na figura abaixo, sendo curvas de pequenas curvaturas, tanto que em trechos relativamente grandes podem confundir-se com retas. Esse estudo é feito experimentalmente: varia-se a temperatura do condutor e mede-se a resistência. 6 Existem ainda ligas metálicas cuja resistência não varia com a temperatura, isto é, elas têm o coeficiente de temperatura (α) praticamente igual a zero. As mais importantes são: - Constantan: composta por 55% de Cu, 44% de Ni e 1% de Mn (muito utilizada em fornos elétricos); -Manganina: composta por 86% de Cu,12% de Mn e 2% de Ni. Um resistor pode ser simbolizado em um circuito elétrico por: 7 2. OBJETIVO Verificar a influência da temperatura na resistência elétrica de um material. 3. MATERIAIS UTILIZADOS ● Resistores; ● Multímetro digital; ● Cabos com garra tipo jacaré; ● Fonte de calor. 8 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1ª Parte: conecte o Resistor 1 (o menor) nas garras tipo jacaré que estão conectados ao multímetro digital e meça a sua resistência. Repita o procedimento para o Resistor 2 e a Barra de grafite e anoite os dados na tabela 1. Tabela 1: valores de resistência elétrica à temperatura ambiente (23°C). Resistor 1 Resistor 2 Barra de grafite Resistência: 32,2 kΩ Resistência: 32,7 kΩ Resistência: 4,1 Ω Conecte o Resistor 1 e, com o devido cuidado, aqueça-o no centro e verifique o que ocorre com a sua resistência após certo tempo. Anote o resultado na tabela 2. Houve um acréscimo ou decréscimo em sua resistência? Resposta: Houve um decréscimo de ± 2,8 kΩ. Conecte o Resistor 2 e, com o devido cuidado, aqueça-o no centro e verifique o que ocorre com a sua resistência após certo tempo. Anote o resultado na Tabela 2. Houve acréscimo ou decréscimo em sua resistência? Resposta: Houve um acréscimo de ± 3,6 kΩ. Conecte a barra de grafite e, com o devido cuidado, aqueça-o no centro e verifique o que ocorre com a sua resistência após certo tempo. Anote o resultado na Tabela 2. Houve acréscimo ou decréscimo em sua resistência? Resposta: A barra de grafite se manteve constante com 4,1 Ω. 9 Tabela 2: valores de resistência elétrica à temperatura de ~110°C. Resistor 1 Resistor 2 Barra de grafite Resistência: 29,4 kΩ Resistência: 36,3 kΩ Resistência: 4,1 Ω 2ª Parte: com base na equação 1 e nas informações abaixo, a partir do valor da resistência elétrica à temperatura ambiente (Tabela 1), calcule o valor da resistividade do material utilizado na construção de cada um dos componentes (Resistor 1, Resistor 2 e Barra de grafite). Anote os dados na Tabela 3. A = πr² Resistor 1 Resistor 2 Barra de grafite 𝑙 = 0,5cm = 0,005m 𝑙 = 0,8cm = 0,008m 𝑙 = 6,0cm = 0,06m d = 2,0mm = 0,002m d = 4,0mm = 0,004m d = 6,0mm = 0,006m Resistor 1 A = π∙ (0,001m)² 𝜌 = 3,14 x 10−6 m² ∙ 32,200 Ω / 0,005 m A = 3,14 x 10−6 m² 𝜌 = 0,0202 Ω.m Resistor 2 A = π∙ (0,002m)² 𝜌 = 1,25 x 10−5 m² ∙ 32,700 Ω / 0,008 m A = 1,25 x 10−5 m² 𝜌 = 0,0510 Ω.m Barra de grafite A = π∙ (0,003m)² 𝜌 = 2,82 x 10−5 m² ∙ 4,1 Ω / 0,06 m A = 2,82 x 10−5 m² 𝜌 = 0,0019 Ω.m 10 Tabela 3: valores de resistividade dos componentes à temperatura ambiente (23°C) Resistor 1 Resistor 2 Barra de grafite Resistividade:0,0202 Ω.m Resistividade:0,0510 Ω.m Resistividade:0,0019 Ω.m 3ª Parte: ainda com base na equação 1 e nas informações abaixo, a partir do valor da resistência elétrica após o aquecimento (Tabela 2), o valor da resistividade de cada um dos componentes (Resistor 1, Resistor 2 e Barra de grafite). Anote os dados na Tabela 4. Resistor 1 A = 3,14 x 10−6 m² 𝜌 = 3,14 x 10−6 m² ∙ 29,400 Ω / 0,005 m 𝜌 = 0,0184 Ω.m Resistor 2 A = 1,25 x 10−5 m² 𝜌 = 1,25 x 10−5 m² ∙ 36,300 Ω / 0,008 m 𝜌 = 0,0567 Ω.m Barra de grafite 𝜌 = 2,82 x 10−5 m² ∙ 4,1 Ω / 0,06 m A = 2,82 x 10−5 m² 𝜌 = 0,0019 Ω.m Tabela 4: valores de resistividade dos componentes à temperatura de ~110°C. Resistor 1 Resistor 2 Barra de grafite Resistividade: 0,0184 Ω.m Resistividade: 0,0567 Ω.m Resistividade:0,0019Ω.m 11 A partir dos valores de resistividade encontrados (Tabela 3 e 4) em diferentes temperaturas, discuta se houve diferença nesses valores. Se houve, explique porque isso ocorreu. Resposta: Sim, houve diferença de valores em ambos resistores, exceto na barra de grafite que permaneceu constante. No Resistor 1, o aumento do número de elétrons livres predomina sobre o aumento do grau de agitação das moléculas, fazendo com que sua resistividade diminua com o aumento da temperatura. No Resistor 2, é possível verificar que consiste em um metal puro, pois a resistividade aumentou com o aumento da temperatura. A Barra de grafite não houve diferença devido não ser um bom condutor, ou seja, a temperatura não influenciou na resistência e resistividade. 12 5. DISCUSSÃO Analisando através de pesquisas, notou-se que alguns dos materiais mais utilizados na construção de resistores neste experimento, é o carbono e o metal.A exemplo do carbono destacamos os resistores de carbono, são fixos e feito através de pó de carbono misturado com fenolíte moldado. É envolvido em case isolante com pontas condutoras. Sabendo que esse tipo de resistor possui custo baixo e facilidade na sua fabricação. 13 6. CONCLUSÃO Conclui-se através de dados coletados, que cada material utilizado possuía comprimento e secções transversais diferentes, e que cada um possuía uma resistência e resistividade individual, exceto no caso da barra de grafite. Visto também que foi possível identificar que cada uma tem sua característica construtiva diferenciada, o que possibilita utilizações diferente para cada um. Então comprovamos que o fio que possuía comprimento maior e secção transversal menor obtinha uma resistência menor que o fio que possuía um comprimento menor, mas com secção transversal maior. 14 7. BIBLIOGRAFIA 1. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física 3, Eletromagnetismo. Editora LTC. 2012. 2. Internet: http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/corrente/var_resist_temperatura/, acesso em 10/02/2017. 3. Internet: https://www.resumoescolar.com.br/fisica/o-que-e-um-resistor-tipos- de-resistores-e-calculos-envolvendo-resistores/, acesso em 09/03/2017. 4. Internet: www.eletronicadidatica.com.br/componentes/resistor/resistor/.htm, acesso em 09/03/2017. 5. Internet: https://www.mundodaeletrica.com.br/resistores-fixos/, acesso em 09/03/2017. 6. Internet: mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/resistividade.htm, acesso em 09/03/2017.
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