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FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA – CD0328 PRÁTICA 10 RESISTORES E OHMÍMETRO Breno Oliveira da Silva 359580 Turma 04A Prática realizada no dia 10/10/2017 às 08:00 h. Professor Heitor. Fortaleza – Ceará Outubro de 2017 OBJETIVOS - Identificar resistores; - Determinar o valor da resistência pelo código de cores; - Utilizar o Ohmímetro Digital para medir resistências; - Identificar associação de resistores em série, em paralelo e mista; - Determinar o valor da resistência equivalente de uma associação; - Verificar o funcionamento de um potenciômetro. MATERIAL - Resistores (Placa com 7 resistores); - Resistores em base de madeira (3 de 1 KΩ e 2 de 3,3 KΩ); - Potenciômetros de 10 KΩ; - Lupa; - Tabela com códigos de cores; - Cabos (dois médios e quatro pequenos); - Garras jacaré (duas); - Multímetro digital. FUNDAMENTOS Os resistores são peças utilizadas nos sistemas elétricos que convertem energia elétrica em energia térmica. Como exemplos de equipamentos que utilizam resistores podemos citar: ferro de engomar, chuveiro elétrico, lâmpadas incandescentes, etc. O potenciômetro é um equipamento com a mesma função dos resistores, contudo consegue-se variar sua resistência ao mover o cursor do aparelho. Podemos associar os resistores de 3 maneiras: Associação em série: O terminal de saída do primeiro resistor é conectado ao terminal de entrada do segundo, que será ligado no terceiro e assim, sucessivamente. A resistência do sistema se dará pela soma dos componentes. (RE = R1 + R2 + ...) Associação em Paralelo: Os terminais de entrada de todos os resistores são unidos a um ponto e os terminais de saída são todos ligados a outro ponto. O inverso da resistência do sistema é igual à soma dos inversos de cada componente. (1/RE = 1/R1 + 1/R2 + ...) Associação mista: Quando no sistema encontro associações em paralelo e em série. Resistores muito pequenos, também chamados de resistências, tem o valor de sua resistência fixados em faixas coloridas no seu corpo. Cada cor tem sua representação de acordo com uma tabela de cores. Imagem 1. Resistor. No geral, o resistor tem 4 ou 5 faixas. A leitura se inicia nas faixas aproximadas, de fora para dentro, de modo que: No resistor de 4 faixas, as duas primeiras são os dígitos e a terceira o fator multiplicador. A quarta faixa representa a precisão do resistor. No resistor de 5 faixas, as três primeiras são os dígitos e a quarta o fator multiplicador. A quinta faixa representa a precisão do resistor. Imagem 2. Código de cores. O ohmímetro é um aparelho usado para medir a resistência elétrica de um componente ou de um sistema. Quando o ohmímetro se encontra associado a outros aparelhos chamamos de multímetro, onde consigo medir a tensão ou a corrente elétrica. Na chave seletora do multímetro sempre devemos trabalhar em uma escala maior que a resistência estudada. No caso de o valor da resistência ser maior que a escala o multímetro mostrará 1 na tela, demostrando o erro. Imagem 3. Multímetro. PROCEDIMENTO PROCEDIMENTO 1: Escalas de Ohmímetro. 1.1 Anotamos as escalas do ohmímetro fornecido 200 Ω, 2 kΩ, 20 kΩ, 200 kΩ, 2MΩ. PROCEDIMENTO 2: Identificação do valor da resistência pelo código de cores. 2.1 Identificamos as cores das faixas de cada resistor e anotamos de acordo com a ordem em que deviam ser lidas. 2.2 Determinamos o valor nominal e a tolerância de cada resistor. Tabela 1. Identificação da resistência pelo código de cores. R Cores RNOMINAL Tolerância 1 Laranja/Laranja/Vermelho/Prateado 33 x 10² 10 % 2 Verde/Azul/Marrom/Dourado 56 x 10¹ 5 % 3 Marrom/Preto/Vermelho/Prateado 10 x 10² 10 % 4 Vermelho/Violeta/Preto/Preto/Marrom 270 x 100 1 % 5 Amarelo/Violeta/Vermelho/Prateado 47 x 10² 10 % 6 Cinza/Laranja/Preto/Dourado 83 x 100 5 % 7 Marrom/Preto/Preto/Vermelho/Dourado 100 x 10² 5 % PROCEDIMENTO 3: Medida de resistência. 3.1 Anotamos na tabela 2 os valores nominais das resistências obtidos no Procedimento 1. 3.2 Medimos com o ohmímetro digital os valores das resistências e anotamos na tabela 2. Anotamos também a escala utilizada do ohmímetro em casa caso. 3.3 Determinamos o erro percentual da medida em relação ao valor nominal. Tabela 2. Valores medidos de resistência e determinação do erro. R RNOMINAL RMEDIDO Escala Erro (%) 1 3,3kΩ 3,26 kΩ 20 kΩ 1,21 2 0,56 kΩ 0,566 kΩ 2 kΩ 1,07 3 1,0 kΩ 0,999 kΩ 2 kΩ 0,10 4 0,270 kΩ 0,273 kΩ 2 kΩ 1,11 5 4,70 kΩ 4,62 kΩ 20 kΩ 1,70 6 83 Ω 81,1 Ω 200 Ω 2,29 7 10,0 kΩ 9,99 kΩ 20 kΩ 0,10 PROCEDIMENTO 4: Associação de Resistores 4.1 Identificamos os resistores fornecidos (montados na base de madeira) pelo valor nominal e medimos com o ohmímetro as resistências correspondentes. Anotamos os resultados na Tabela 3. Tabela 3. Identificação dos resistores fornecidos. RNOMINAL (Ω) RMEDIDO (Ω) 3,30 k 3,26 k 3,30 k 3,30 k 1 k 0,997 k 1 k 0,996 k 1 k 1,005 k 4.2 Associamos dois resistores de 1000 Ω em série e medimos a resistência equivalente. 1,994 kΩ 4.3 Associamos dois resistores de 1000 Ω em paralelo e medimos a resistência equivalente. 0,498 kΩ 4.4 Associamos três resistores de 1000 Ω em série e medimos a resistência equivalente. 2,98 kΩ 4.5 Associamos três resistores de 1000 Ω em série e medimos a resistência equivalente. 0,334 kΩ 4.6 Associamos os três resistores de 1000 Ω em uma associação mista e medimos a resistência equivalente. 1,520 kΩ 4.7 Associamos dois resistores de 3300 Ω em série e medimos a resistência equivalente. 6,57 kΩ 4.8 Associamos dois resistores de 3300 Ω em paralelo e medimos a resistência equivalente. 1,651 kΩ 4.9 Associamos um resistor de 1000 Ω a um de 3300 Ω em série e medimos a resistência equivalente. 4,29 kΩ 4.10 Associamos um resistor de 1000 Ω a um de 3300 Ω em paralelo e medimos a resistência equivalente. 0,766 kΩ PROCEDIMENTO 5: Potenciômetro. 5.1 Anotamos o valor nominal do potenciômetro fornecido. R = 10 kΩ. 5.2 Ajustamos a resistência do potenciômetro variando a posição do cursor de modo a obter os valores indicados na Tabela 4. Medimos a resistência complementar em cada caso e efetuamos a soma para obter a resistência total. Tabela 4. Medidas das resistências nos terminais de um potenciômetro. Resistência entre os terminais A e B, RAB (Ω) Resistência entre os terminais B e C, RBC (Ω) Soma das resistências RAB + RBC (Ω) 1 k 10,51 k 11,51 k 7,72 k 4 k 11,72 k 5 k 6,68 k 11,68 k 3,59 k 8 k 11,59 k QUESTIONÁRIO 1 - Um resistor, R1, apresenta as seguintes faixas: Branca, Verde, Laranja, Vermelha e Vermelha. Um resistor, R2, apresenta as seguintes faixas: Azul, Cinza, Marrom, Laranja e Marrom. Quais os valores nominais das resistências? E quais as tolerâncias? R1 = 95300 Ω Tolerância: 2% R2 = 681000 Ω Tolerância: 1% 2- Quais as cores das faixas indicadas do valor nominal de um resistor de 2,74 kΩ e 1% de tolerância? Vermelha, Violeta, Amarela, Marrom, Marrom. 3- Que é tolerância de um resistor? É o limite no qual a resistência de um equipamento resistor pode variar. 4- Um resistor de 820 kΩ tem uma tolerância de 5%. Qual o valor mínimo esperado para o valor da resistência do mesmo? E qual o valor máximo? Mínimo = 820 - 820 x 0,05 = 820 - 41 = 779 kΩ Máximo = 820 + 820 x 0,05 = 820 + 41 = 861 kΩ5- Dois resistores têm valores 1000 ohms e 2000 ohms respectivamente com tolerância de 5%. Quais as tolerâncias de suas montagens em série e em paralelo? R1 = 1000 Ω Tolerância: 5% Mínimo: 950 Ω Máximo: 1050 Ω R2 = 2000 Ω Tolerância: 5% Mínimo: 1900 Ω Máximo: 2100 Ω R1 e R2 em série: Esperado = 3000 Ω mínimos = 2850 Ω A tolerância se mantém de 5 % R1 e R2 em paralelo: Esperado = 666,66 Ω mínimos = 633,33 Ω A tolerância se mantém de 5 % 6- Determine teoricamente qual a resistência equivalente à associação em série de n resistores iguais de resistência R e compare a previsão teórica, para os casos em que n = 2; n = 3 e R = 1000 Ω com os resultados experimentais desta prática. Comente os resultados. Teoricamente: n = 2 RE = R + R = 1000 + 1000 = 2000 Ω n = 3 RE = R + R + R = 1000 + 1000 + 1000 = 3000 Ω Prática: n = 2 RE = 1994 Ω n = 3 RE = 2980 Ω Comparando os resultados encontramos o erro de 0,3% no caso n = 2 e o erro de 0,66% no caso de n=3. Mostrando o quão próximo são nossos resultados. 7- Determine teoricamente qual a resistência equivalente à associação em paralelo de n resistores iguais de resistência R e compare a previsão teórica, para os casos em que n = 2; n = 3 e R = 1000 Ω com os resultados experimentais desta prática. Comente os resultados. Teoricamente: n = 2 1/RE = 1/R + 1/R = 1/1000 + 1/1000 = 500 Ω n = 3 1/RE = 1/R + 1/R + 1/R = 1/1000 + 1/1000 + 1/1000 = 333 Ω Prática: n = 2 RE = 498 Ω n = 3 RE = 334 Ω Comparando os resultados encontramos o erro de 0,4% no caso n = 2 e o erro de 0,3% no caso de n=3. Mostrando o quão próximo são nossos resultados. CONCLUSÃO Concluímos a prática conhecendo os resistores, bem como as suas características e classificações. Vimos ainda, que a função da resistência é fundamental para o funcionamento de alguns aparelhos que tem por objetivo converter energia elétrica em energia térmica. Entendemos a definição de tolerância dos resistores e aprendemos a calcular a resistência equivalente nas associações em série, paralelo ou mista, tanto na parte teórica quando na parte prática quando associamos resistores e os valores encontrados se aproximaram muito dos valores esperados. Aprendemos também o modo de funcionamento do potenciômetro e suas utilidades para o dia-a-dia. Fizemos ainda leituras de resistências utilizando o ohmímetro, que no nosso caso estava contido em um multímetro. A maior diferença entre a resistência nominal (encontrada através do código de cores) e a resistência medida (encontrada com o uso do ohmímetro) foi de 2,29 %, o que demonstra um erro muito pequeno e demonstra o sucesso da nossa prática. Comparamos ainda os valores calculados teoricamente e de forma prática com as associações em série e em paralelo com 2 e depois com 3 resistores de 1000 Ω, encontrando valores com no máximo 0,66% de erro. Por fim, consideramos essa prática bem proveitosa e de fundamental importância para o conhecimento do aluno de engenharia. BIBLIOGRAFIA ROTEIRO DE AULAS PRÁTICAS DE FÍSICA 2017 – UFC Resistores Disponível em: https://www.infoescola.com/fisica/resistores/ Acessado em 29/10/2017 às 06:40h. Como ler valores em resistores Disponível em: http://blog.baudaeletronica.com.br/como-ler-valores-em-resistores/ Acessado em 29/10/2017 às 06:50h. Imagem 1 Disponível em: http://www.baudaeletronica.com.br/resistor-390r-5-1-4w.html Acessado em 29/10/2017 às 07:40h. Imagem 2 Disponível em: http://www.audioacustica.com.br/exemplos/Valores_Resistores/Calculadora_Ohms_R esistor.html Acessado em 29/10/2017 às 08:30h. Imagem 3 Disponível em: http://www.suministrosindustrialesdico.com/multimetro-limit-300- tagCodArt128600103 Acessado em 29/10/2017 às 08:40h.
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