relatório de física experimental para engenharia UFC

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CENTRO DE TECNOLOGIA
Engenharia de Computação
Física Experimental para Engenharia
PRÁTICA 12: Circuitos Simples
Turma: 18
Autora:
Marilene Oliveira Lima
Matrícula:
372009
Novembro, 2017
Conteúdo
1 Objetivo 3
2 Materiais 3
3 Fundamentação Teórica 3
3.1 Lei de Ôhm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.2 Circuito Divisor de Tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4 Procedimento Experimental 5
4.1 PROCEDIMENTO 1: Característica voltagem versus corrente de
diferentes elementos resistivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4.2 PROCEDIMENTO 2: circuito divisor de tensão. . . . . . . . . . 7
5 Questionário 8
6 Conclusão 11
2
1 Objetivo
• Montar circuitos para determinar a característica tensão versus corrente
de diferentes elementos resistivos.
• Verificar experimentalmente a Lei de Ohm.
• Distinguir condutores ôhmicos de não-ôhmicos.
• Montar e verificar como funciona um divisor de tensão.
2 Materiais
1. Fonte de tensão regulável;
2. Resistores:R1(100Ω\10W ), R2(180Ω\1W ) e Rx(desconhecido);
3. Resistências R3 e R4 (filamento de lâmpada);
4. Potenciômetro (10kΩ);
5. Multímetro digital (dois);
6. Cabos (diversos).
3 Fundamentação Teórica
Os elementos resistivos podem ser caracterizados como ôhmicos ou não-ôhmicos,
dependendo do seu comportamento. Para classificá-los basta analisar se seguem
a lei de ôhm.
3.1 Lei de Ôhm
Proposição feita a partir de dados obtidos experimentalmente em 1826 por
George Simon Ohm(1789-1854), conhecida com a lei de Ohm:
"a tensão aplicada entre os terminais de um condutor é diretamente
proporcional à intensidade de corrente que o atravessa".
Matematicamente a Lei de Ôhm pode ser expressa por:
U = R · i (1)
No qual U é a diferença de potencial, R a resistência e i a corrente. Sendo
que, para que o elemento resistivo seja considerado ôhmico, o valor de R deve
ser constante em qualquer instante. Ou seja:
U
i
= constante (2)
3
Graficamente pode ser expressa por uma reta passando pela origem de um
sistema de eixos ortogonais, onde se representa U em ordenadas e i em abscissas.
Figura 1: característica do resistor ôhmico.
3.2 Circuito Divisor de Tensão
Circuitos projetados com uma sequência de resistores em série com uma fonte
de tensão é chamado de "divisor de tensão".
Figura 2: Circuito divisor de tensão.
Neste circuito a resistência pode ser dada por:
Req = R1 + R2 + ... + Rn (3)
4
E a corrente por:
i =
E
R1 + R2 + ... + Rn
(4)
A queda de tensão nos terminais:
Vj = E ·Rj (5)
4 Procedimento Experimental
4.1 PROCEDIMENTO 1: Característica voltagem versus
corrente de diferentes elementos resistivos.
Obteu-se o valor da resistência cujo nominal é de 100Ω\10W : R1 = 101, 3Ω
Calculou-se a corrente nominal máxima para R1, sabendo que a tensão má-
xima aplicada seria de 10V.
i =
10
100
= 0, 1A
Com os equipamentos desligados montou-se um circuito para monitoramento
da tensão e da corrente conforme a figura:
Figura 3: Circuito com amperímetro e voltímetro.
Baseado no valor de tensão máxima calculado anteriormente escoulheu-se a
escala do multímetro para medição dos valores da tabela a seguir como 200mA.
5
Tabela 1: Resultados experimentais para R1
V (Volt) I (mA)
1 9.2
2 18.2
3 27.1
4 36.2
5 45.3
6 54.3
7 63.3
8 72.2
9 81.4
10 90.5
Mediu-se o valor da resistência para R2, sendo este de : 179, 3Ω
Calculou-se a corrente nominal máxima para R2, sabendo que a tensão má-
xima aplicada seria de 10V.
i =
10
180
= 0, 055...A
Baseado nesse valor escoulheu-se a escala do multímetro para medição dos
valores da tabela a seguir como: 200mA.
Tabela 2: Resultados experimentais para R2
V (Volt) I (mA)
1 5.14
2 10.15
3 15.16
4 20.00
5 25.00
6 30.00
7 34.4
8 39.8
9 44.8
10 49.8
A seguir substituiu-se o elemento resistivo R2 pelo elemento R3 que é um
filamento de lâmpada. Como não se sabia a resistência do elemento, não é
possível calcular a corrente esperada. Desta forma optou-se por utilizar a maior
escala do amperímetro e ajustar se necessário.
6
Tabela 3: Resultados experimentais para R3
V (Volt) I (mA)
1 22.2
2 32.7
3 41.1
4 49.1
5 56.0
6 62.7
7 69.4
8 75.2
9 81.0
10 86.3
Pode-se observar que a partir de 2V a lâmpada começou a ascender.
Repetiu-se o procedimento anterior, substituindo R3 por R4.
Tabela 4: Resultados experimentais para R4
V (Volt) I (mA)
1 1.14
2 1.92
3 2.40
4 2.74
5 3.02
6 3.26
7 3.49
8 3.70
9 3.92
10 4.12
Para R4 a lâmpada não ascendeu em nenhum momento.
4.2 PROCEDIMENTO 2: circuito divisor de tensão.
Mediu-se o valor de Rx, sendo este correspondente a 10.1kΩ.
Montou-se o circuito conforme a figura 12.4 do roteiro de práticas utilizado
de referência. Utilizou-se uma fonte de tensão de 10V para alimentar o circuito
e fazer as medidas conforme a tabela a seguir:
Tabela 5: Valores de tensão para o procedimento 2.4
VRX(V) 9 7 5 3
VAB(V) 1,09 3.38 5,65 -
Não foi possível verificar VAB para VRX sendo 3V, pois o mínimo é de 4,95V
para VRX e 5,73 para VAB .
7
5 Questionário
1. Trace, em um mesmo gráfico, a tensão versus corrente elétrica para os
dados das tabelas 1 e 2.
2. O que representa a declividade do gráfico da questão 1? Determine a
declividade para o resistor R1 e também para o resistor R2.
Resp.: Representa a resistência. Quanto maior a resistência maior será
a declividade.
R1 =
8V − 5V
72, 2mA− 45, 3mA = 111, 52Ω
R2 =
8V − 5V
39, 8mA− 25, 0mA = 202, 70Ω
3. Faça o gráfico da tensão versus corrente elétrica da tabela 3.
8
4. Faça o gráfico da tensão versus corrente elétrica da tabela 4.
5. Calcule a resistência da lâmpada, R3, quando submetida à tensões de 2V,
6V e 8V.
Resp.:
U = Ri (6)
9
2V = R2V · 32, 7mA⇒ R2V = 2V
32, 7mA
= 53, 76Ω
6V = R6V · 62, 7mA⇒ R6V = 6V
62, 7mA
= 95, 69Ω
8V = R8V · 75, 2mA⇒ R8V = 8V
75, 2A
= 106, 38Ω
6. Qual a resistência da lâmpada, R3, quando submetida a uma corrente de
50 mA.
Resp.: Observando os resultados experimentais pode-se estimar que a
corrente de 50mA encontra-se entre as tensões de 4V e 5V. Sendo assim
pode-se calcular as resistências dos valores conhecidos:
4V = R4V · 49, 1mA⇒ R4V = 4V
49, 1mA
= 81, 47Ω
5V = R5V · 56, 0mA⇒ R5V = 5V
56, 0mA
= 89, 28Ω
Assim, estima-se que a resistência para 50mA esteja entre 81, 47Ω e 89, 28Ω.
7. Classifique os resistores R1, R2, R3 e R4 como ôhmico ou não-ôhmico.
Justifique.
Resp.: R1 e R2 são ôhmicos pois possuem a sua resistência constante,
enquanto R3 e R4 são não-ôhmicos pois suas resistências variam.
8. Calcule qual seria a resistência necessária do potenciômetro usado no pro-
cedimento 2.4 para se obter uma tensão de 3V sobre R1.
Resp.:
U = (Rp + Rx) · i (7)
Up = Rp · ip (8)
Sabendo que ip é a mesma do total do sistema i. Temos:
Up = Rp · 10
(Rp + Rx)
(9)
Para Up = 3V:
3 = Rp · 10
(Rp + 101, 3)
Rp =
101, 3 · 3
7
= 43, 41Ω
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6 Conclusão
Nesta prática foi possível verificar o comportamento de elementos resistivos
quanto a corrente e tensão. Foi possível verificar experimentalmente a lei de
ôhm e distinguir elementos ôhmicos de elementos não-ôhmicos. Também foi
possível observar o comportamento de um divisor de tensão.
Vale ressaltar que nesta prática houve margem de erro na medição das re-
sistências que podem ter sido causados por falhas nos equipamentos. Isso se
dá porque, ao medir, os equipamentos são inseridos no circuito e idealmente o
amperímetro deveria ter sua resistência sendo zero enquanto o voltímetro de-
veria ter sua resistência infinita para que não haja interferência. No entanto
não é possível cumprir essasexigencias na prática e a resistência dos materiais
também pode ter influência no sistema montado.
Referências
[1] DIAS, Nildo Loiola, Roterios de Aulas Práticas de Física. 2017.
[2] www.infoescola.com, acessado em 17 de Junho de 2017.
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