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5 1. INTRODUÇÃO O resistor dependente de luz ou fotoresistor, é um componente eletrônico passivo do tipo resistor variável, mais especificamente, é um resistor cuja resistência varia conforme a intensidade da luz (iluminamento) que incide sobre ele. Tipicamente, à medida que a intensidade da luz aumenta, a sua resistência diminui. O resistor dependente de luz é construído a partir de material semicondutor com elevada resistência elétrica. Quando a luz que incide sobre o semicondutor tem uma frequência suficiente, os fótons que incidem sobre o semicondutor libertam elétrons para a banda condutora que irão melhorar a sua condutividade e assim diminuir a resistência. Figura 1: LDR típico. Os LDRs são fabricados com materiais de alta resistência, como por exemplo o Sulfeto de Cádmio (CdS) ou o Sulfeto de Chumbo (PbS). Esses materiais possuem poucos elétrons livres quando colocados em ambiente escuro, e liberam elétrons quando há incidência de luz sobre eles, aumentando sua condutividade. Chamamos a esse efeito de Fotocondutividade. Os LDR são dispositivos dependentes da luz cuja resistência diminui quando a luz cai sobre eles, e é aumentada no escuro. Quando um resistor dependente da luz é mantido em escuro, sua resistência é muito alta. Esta resistência é chamada de resistência escura. Pode atingir 1012 Ω e, se o dispositivo for permitido absorver luz, sua resistência diminuirá drasticamente. Se uma tensão constante é aplicada e a intensidade da luz aumenta, a corrente começa a aumentar. A figura abaixo mostra a curva de resistência vs. iluminação para um LDR particular. 6 Figura 2: curva de resistência vs. iluminação para um LDR particular. Os LDRs são dispositivos não lineares. A sensibilidade varia com o comprimento de onda da luz incidente sobre eles. Alguns LDRs podem não responder a uma certa amplitude de comprimentos de onda. Com base no material utilizado, diferentes resistores possuem diferentes curvas de resposta espectral. - TIPOS DE LDRs Fotoresistores intrínsecos: os fotoresistores intrínsecos usam materiais semicondutores não dopados, incluindo silício ou germânio. Os fótons caem sobre o LDR excitando elétrons movendo-os da banda de valência para a banda de condução. Como resultado, esses elétrons são livres para conduzir eletricidade. Quanto maior a luz que cai no dispositivo, mais elétrons são liberados e maior o nível de condutividade, o que resulta em menor nível de resistência. Fotoresistores extrínsecos: os fotoresistores extrínsecos são fabricados a partir de semicondutores de materiais dopados com impurezas. Essas impurezas ou dopants criam uma nova banda de energia acima da banda de valência existente. Como resultado, os elétrons precisam de menos energia para se transferir para a banda de condução devido ao menor espaço de energia. Figura 3: símbolos de fotoresistores. 7 2. OBJETIVO Determinar a curva de resistência pela distância de um LDR típico comercial e sua sensibilidade a diferentes comprimentos de onda. 3. MATERIAIS UTILIZADOS ● Fonte de tensão; ● LDR; ● Led verde; ● Led vermelho; ● Led azul; ● Multímetro digital; ● Cabos. 8 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Ligue a fonte de tensão em 12,0 V e realize as medidas referentes à Tabela 1, iluminando o LDR primeiramente com o led verde e variando a distância entre a fonte de luz e o LDR em estudo. Tabela 1: valores de resistência elétrica em função da distância da fonte de luz verde. Distância (cm) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Resistência (kΩ) 0,59 1,13 1,54 2,21 2,65 3,43 4,59 5,02 6,35 7,12 7,47 - Substitua o led verde pelo vermelho e repita o procedimento anterior. Anote os valores medidos na Tabela 2. Tabela 2: valores de resistência elétrica em função da distância da fonte de luz vermelha. Distância (cm) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Resistência (kΩ) 0,45 1,28 2,05 3,08 3,82 4,98 5,72 6,98 7,98 9,85 10,22 - Substitua o led vermelho pelo azul e repita o procedimento anterior. Anote os valores medidos na Tabela 3. Tabela 3: valores de resistência elétrica em função da distância da fonte de luz azul. Distância (cm) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Resistência (kΩ) 0,54 1,66 4,75 10,57 14,17 14,96 19,43 23,90 29,50 33,30 39,60 9 5. DISCUSSÃO - Com base nos valores obtidos nas Tabelas 1, 2 e 3, plote gráficos da Resistência (kΩ) x Distância (cm) da fonte de luz. OBS.: pode plotar os 3 gráficos em um só ou separadamente. Discuta qual o comportamento de cada um deles e se os mesmos estão de acordo com a teoria abordada anteriormente. Como pode ser observado no gráfico plotado com os dados coletados nas tabelas, o LDR apresentou menor resistência elétrica quando iluminado pelo led de luz vermelha, consequentemente sua sensibilidade a essa luz foi maior, quando em contato com o led azul o LDR foi intermediário, mas sua resistência ao final do experimento foi maior e ao iluminá-lo pelo led verde apresentou maior resistência tendo assim menor sensibilidade, quando iluminado por essa luz, porém, de acordo com a teoria, o LDR se mostra mais sensível na faixa da luz visível verde, o que não aconteceu durante nosso experimento. - O LDR se mostrou mais sensível a qual dos comprimentos de onda: ao verde, ao vermelho, ao azul, ou nenhuma das três cores utilizadas fizeram diferença? O resistor dependente de luz se mostrou mais sensível quando iluminado pelo led vermelho. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 R e si st ê n ci a (k Ω ) Distância (cm) Resistência x Distância 10 - Pesquise sobre os materiais de que são constituídos os LDRs estudados nesse experimento e o que é efeito fotoelétrico. Materiais constituintes dos LDRs. Os LDRs são constituídos de materiais semicondutores, o sulfeto de cádmio (CdS) ou sulfeto de chumbo (PbS). O sulfeto de cádmio é o mais utilizado, pois, se aproxima do espectro visível humano, além de ser um semicondutor com gap de energia direta com várias aplicações em detectores de luz, produzindo cores que variam do vermelho profundo ao amarelo. O processo de construção de um LDR consiste na conexão do material fotossensível com os terminais, sendo que uma fina camada é simplesmente exposta à incidência luminosa externa. O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por um material, geralmente metálico, quando exposto a uma radiação eletromagnética (como a luz) de frequência suficientemente alta, que depende do material, como por exemplo, a radiação ultravioleta. Ele pode ser observado quando a luz incide numa placa de metal, arrancando elétrons da placa. Os elétrons ejetados são denominados fotoelétrons. Suas características essenciais são as seguintes: ● Para cada metal, existe uma frequência mínima da radiação eletromagnética abaixo da qual não são produzidos fotoelétrons, por mais intensa que seja a radiação; 11 ● A emissão eletrônica aumenta quando se aumenta a intensidade da radiação que incide sobre a superfície do metal, ou seja, o número de fotoelétrons aumenta com o aumento da intensidade da radiação; ● A energia dos fotoelétrons depende da frequência da radiação incidente, não dependendo da intensidadedesta. Efeito fotoelétrico. 12 6. CONCLUSÃO Analisando os resultados obtidos experimentalmente, após pesquisas e comparações, foi observada a maneira com que o resistor dependente de luz se comporta, percebemos que cada resistor, com sua respectiva cor, varia sua resistência (aumentando ou diminuindo a condutividade do material) de acordo com a quantidade de luz que nele é incidido, essa variação ocorre de maneira inversamente proporcional, observamos também que o LDR se mostrou mais sensível à luz vermelha, e ao ser iluminado pelo led verde apresentou menor sensibilidade, estando em desacordo com a teoria abordada, que define que o resistor dependente de luz é mais sensível quando exposto à luz verde, essa falha pode ser devido a problemas no lote ou no próprio resistor. 13 7. BIBLIOGRAFIA 1. Halliday, D.; Resnick, R.; Walker, J. Fundamentos de Física III, Eletromagnetismo. Editora LTC. Rio de Janeiro, 2012. 2. Internet: http://kennarar.vma.is/thor/v2011/vgr402/ldr.pdf. Acesso em 29/05/2017. 3. Internet: https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/ dependent-resistor-ldr.php, acesso em 29/05/2017. 4. Internet: https://pt.wikipedia.org/wiki/LDR, acesso em 29/05/2017. 5. Internet: http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/curso-de-eletronica/ ldr-light-dependent-resistor/, acesso em 29/05/2017. 6. Internet: http://www.eletrica.ufpr.br/marliob/te149/aula4.pdf, acesso em 30/05/2017. 7. Internet: https://fritzenlabs.wordpress.com/2016/01/19/como-funciona-um-ldr- resistor-dependente-de-luz/, acesso em 03/06/2017.
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