ATIVIDADE PRÁTICA DE FÍSICA ELETRICIDADE 2017

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ATIVIDADE PRÁTICA DE FÍSICA ELETRICIDADE
 
A Atividade Prática de Física Eletricidade será realizada a partir da utilização do Laboratório Virtual de Física (virtual lab, o mesmo utilizado na disciplina de Física Mecânica). Para entrar nos experimentos descritos pelo roteiro de experimentos, o aluno deverá abrir o software, entrar na primeira janela e clicar no livro azul que se encontra sobre a mesa (workbook). 
 
Os experimentos a serem realizados são: 
29: Effect of Electric Field on a Moving Charge (O Efeito de um Campo Elétrico no Movimento de Partículas Carregadas). 
30: Capacitors (Capacitores) 
31: Electric Current (Corrente Elétrica) 
32: Series and Parallel Circuits (Circuitos em Série e em Paralelo) 
33: Effect of a Magnetic Field on a Moving Charge (O Efeito de um Campo Magnético no Movimento de Partículas Carregadas). 
O aluno deverá fazer um Relatório Cientifico para os experimentos 31 e 32, conforme modelo postado na rota de estudos - AVA. Neste relatório devem constar todos os gráficos e diagramas solicitados no roteiro do experimento (também postado na rota de estudos - AVA) de forma que as respostas para todas as perguntas do mesmo roteiro devem ser exploradas no texto do relatório. Os gráficos deverão ser realizados em Excel ou Word. 
O aluno deverá realizar os experimentos 29, 30 e 33 e apresentar somente as respostas às perguntas colocadas no roteiro de experimentos. Não é necessário apresentar estes experimentos na forma de um relatório. Apresente somente as perguntas e as respectivas respostas num documento redigido em Word. 
Tanto os relatórios (referente aos experimentos 31 e 32) como os trabalhos (referente aos experimentos 29, 30 e 33) deverão ser postados no AVA (em formato .doc ou .pdf) no link Trabalhos até o dia 18/12/2017. 
A seguir selecionamos os experimentos a serem realizados.
29 O Efeito de um Campo Elétrico no Movimento de Partículas Carregadas 
Objetivo 
Estudar o efeito do campo elétrico no movimento de partículas carregadas. 
Procedimento 
1-Uma vez aberto o Virtual Physics e selecione Effect of an Eletric Field on Moving Charges na lista de experimentos. O programa vai abrir a bancada de física quântica (Quantum). 
 
 
2-O experimento está montado em cima da mesa, onde temos um canhão de elétrons (Electron Gun) que está no lado esquerdo da mesa e no lado direito da mesa temos uma tela de fósforo verde (Phosphor Screen) que irá detectar os elétrons (-). Clique no botão verde-vermelho (On/Off) para ligar a tela de fósforo verde. 
4-Clique na mesa de experimentos e arraste para esquerda, e em seguida arraste a janela do detector de fósforo verde para a direita, evitando a sobreposição. Clique no botão (Grid) na tela de fósforo verde. Clique nos botões acima e abaixo dos dígitos para modificar o campo elétrico (Electric Field) localizado no centro da mesa, quando você clicar vai aparecer uma mãozinha. Observe o ponto iluminado na tela do detector. Vá ajustando o campo elétrico de 1 em 1 V até 10 V (muita atenção para não clicar entre os dígitos, pois isso muda a posição do ponto decimal; para mudar o ponto decimal de volta, clique onde ele estava originalmente). 
 
 
Qual o comportamento do ponto luminoso na tela de fósforo verde à medida que a diferença de potencial entre as placas aumenta? Por quê? 
 O ponto luminoso se desloca consideravelmente para a esquerda em função do campo elétrico induzido.
 
Aumente a voltagem do canhão de elétrons, clicando acima do dígito das centenas no controlador (o segundo visor da esquerda para a direita). O que acontece com o ponto luminoso na tela de fósforo verde? Por quê? 
 O ponto luminoso se move para a direita. Aumentando a energia cinética o ponto iluminado 
fica menos sensível ao efeitos do campo elétrico.
O que acontece com o ponto luminoso quando você aumenta a energia cinética do feixe de elétrons? Por quê? 
 O ponto luminoso se move para a direita. Quanto maior for a energia cinética dos elétrons emitidos pelo canhão de elétrons, menos sensíveis eles serão aos efeitos do campo elétrico externo aplicado para tentar desviar sua trajetória.
 
Agora vamos trocar o modo de emissão para partículas alfa, zerando o medidor de campo elétrico ajustando os valores até o ponto luminoso ficar no ponto central da tela de fósforo verde. 
 9-Devolva o canhão de elétrons arrastando para ao balcão do almoxarifado (Stockroom). Clique no almoxarifado para entrar e clique duas vezes no canhão de elétrons para devolvê-lo à prateleira. Clique duas vezes na fonte de partículas alfa (Alpha Source) para selecioná-la ou arraste-a para o balcão. Clique na seta verde Return to Lab para voltar à bancada. Arraste a fonte de partículas alfa para a mesa, colocando-a no mesmo lugar em que estava o canhão de elétrons. Clique (On/Off) para abrir a janela da fonte de partículas. Qual a posição do ponto luminoso na tela de fósforo? 
 No centro da tela.
 
10-Altere o campo elétrico de V (volts) para kV (quilovolts) clicando no botão acima da unidade (tem que aparecer uma mãozinha), observe que o movimento do ponto luminoso enquanto você aumenta a diferença de potencial de 0 kV para - 5,9 kV, é pequeno. Qual o lado que o ponto luminoso se deslocou? 
 O ponto luminoso se deslocou levemente para a esquerda.
 
Por que é necessária uma diferença de potencial maior para mover as partículas alfa em relação ao feixe de elétrons? 
 Porque a energia das partículas alfa é muito maior do que a dos elétrons, pois elas são maiores tanto em massa quanto em carga.
 
Qual o comportamento do feixe quando mudamos o sinal para positivo? 
 Vemos que o feixe de partículas alfa se desloca levemente para a direita.
 
13-Do que é formada uma partícula alfa? 
 A partícula alfa é um núcleo de um átomo de hélio. Portanto, a partícula alfa ou “raio alfa’’ é um íon de carga 2+ com dois nêutrons e dois prótons, representado por 4He2+.
Capacitores 
Objetivo 
Entender o armazenamento de energia potencial elétrica observando como os capacitores são carregados e descarregados. 
Procedimento 
1-Abra o Virtual Physics e clique em Capacitors na lista de experimentos. O laboratório virtual vai abrir a bancada de circuitos elétricos (Circuits). 
2-No momento que você abre o experimento existe um resistor e um capacitor ligado a uma fonte de alimentação com 10V (chamado de gerador de função), esta fonte está desligada. O resistor é utilizado para aumentar o tempo de carga e descarga do capacitor. 
3-Se observarmos o circuito temos um multímetro medindo a tensão (voltagem) e um osciloscópio também ligado ao capacitor. Para ligar o osciloscópio clique em cima dele e arraste para não atrapalhar a visualização da mesa de experimentos. 
4- Precisamos medir a tensão e o tempo, usando um cronômetro, anote a elevação de tensão e o tempo. Para dar início ao experimento, clique na prancheta do lado direito e selecione o item 6, Charging Capacitor. Seja rápido pois tem que medir a tensão e o tempo, talvez precise de alguém para ajudar a cronometrar. Anote todos os dados até o capacitor chegar em 5 V. Segue a tabela exemplo a seguir. Preencha todos os valores e faça um gráfico da tensão em função do tempo. 
 
 
	Medida 
	Tempo (s) 
	Tensão (V) 
	1 
	90
	1 
	2 
	207
	2 
	3 
	341 
	3 
	4 
	495
	4 
	5 
	677
	5 
5-Se precisarmos armazenar mais energia, temos que aumentar a capacitância. Por quê? 
Sim, porque a quantidade de energia armazenada é limitada pela capacitância, ou seja, quanto maior mais energia poderá ser armazenada.
6- Se precisarmos diminuir o tempo de carga de um capacitor quais os componentes que podemos alterar no circuito? 
 Podemos alterar os valores do resistor e/ou do capacitor.
7-Agora vamos descarregar o capacitor, clique no botão Reset Lab no canto inferior da mesa. Clique na prancheta do lado direito e selecione o item 7, Discharging Capacitor, descarregando o capacitor, onde temos um circuito de descarga de um capacitor. Anote na tabelaos respectivos valores do tempo de descarga, de 10V até chegar em 0V, conforme a tabela, em seguida realize os gráficos da tensão em função do tempo. 
	Medida 
	Tempo (s) 
	Tensão (V) 
	1 
	 0
	10V 
	2 
	 1
	9V 
	3 
	 2
	8V 
	4 
	 4
	7V 
	5 
	5
	6V 
	6 
	7
	5V 
	7 
	9
	4V 
	8 
	 11
	3V 
	9 
	16 
	2V 
	10 
	 24
	1V 
	11 
	 93
	0V 
Porque nos aparelhos eletrônicos existe uma advertência para tomar cuidado ao abrir? 
Porque existe capacitores instalados no circuito dos aparelhos eletrônicos, ou seja, existe energia elétrica armazenada nos capacitores que podem gerar o perigo de choque elétrico.
Corrente Elétrica 
Objetivo 
Estudar o comportamento da corrente elétrica ao passar por dispositivos elétricos passivos (resistores). 
Procedimento 
1-Para iniciarmos o Virtual Physics é necessário clicar em Electric Current na lista de experimentos. O programa vai mostrar a bancada de circuitos elétricos (Circuits). 
2-Neste experimento temos três circuitos montados no protoboard (matriz de contatos), um resistor simples, três resistores em série e um circuito misto. Inicialmente conecte a alimentação (gerador de função) ao circuito que se pretende estudar. Utilizando os instrumentos de medição, o osciloscópio e o multímetro, você irá medir a intensidade de corrente elétrica em diferentes pontos do circuito simples, e em seguida irá medir a corrente elétrica em diferentes pontos dos outros tipos de circuito. 
3-Altere a tensão de alimentação (gerador de função) que está conectado ao resistor simples e está setado para 12 V DC, altere a tensão para 20V. Observe no protoboard que o cabinho amarelo está conectado ao polo positivo do gerador e o cabinho verde ligado ao polo negativo. 
 
Resistor simples 
 
4-Com a alimentação selecionada para 20V, aperte o botão verde (On/Off), observando que o multímetro está no modo de amperímetro (I DC) para medir corrente ampères (A) e se observarmos está conectado ao ponto 23C, do lado positivo do resistor. A corrente vai circular pelo amperímetro e então pelo circuito. Se considerarmos o sentido eletrônico da corrente elétrica, os elétrons saem do polo negativo e vão para o polo positivo, portanto preencha a tabela abaixo com os valores medidos da corrente. 
5-Pegue as pontas de provas do amperímetro e mude para o outro lado do resistor, arrastando a ponteira vermelha para o ponto 20C. Preencha a tabela de dados abaixo. 
	Resistor 
	Corrente de entrada 
	Corrente de saída 
	100
	 0,200
	 0,200
 
 
Resistores em série 
 
6-Mova o cabo amarelo do resistor simples (ponto 23A) ao conjunto de três resistores conectados no canto inferior da matriz de contatos (ponto 19F). Ele deve estar conectado ao lado positivo do gerador de funções e ao primeiro resistor da série. Mova o cabo verde (ponto 18A) para o último resistor da série (ponto 4F). Ele deve ainda estar conectado ao lado negativo do gerador de funções, retire as pontas de prova do amperímetro para poder mexer nos cabos. 
 
7-Vamos medir a corrente que entra e a corrente que sai em cada resistor e preencher a tabela abaixo. 
	Resistores em série 
	Corrente de entrada 
	Corrente de saída 
	Resistor 150 
	0,047
	0,047
	Resistor 180 
	0,047
	0,047
	Resistor 100 
	0,047
	0,047
 
8- Observando a tabela de dados qual é a conclusão? 
 No circuito de resistores em serie a corrente é igual em qualquer ponto do circuito.
 
 
Resistores em paralelo 
 
9-Observando a matriz de contatos, mova o cabo amarelo para o ponto 8A da matriz de contatos e o cabo verde para o ponto 2A. 
10-Anote os dados da corrente elétrica que entra e a corrente elétrica que sai de cada resistor e preencha a tabela de dados abaixo. 
	Resistores em paralelo 
	 Corrente de entrada 
	Corrente de saída 
	1 k
	 0.020
	 0.020
	200  
	 0.100
	 0.100
	500  
	 0.040
	 0.040
 
 
 
11-Qual o comportamento da corrente elétrica em resistores num circuito em série? 
 A corrente que entra é a mesma que sai, ou seja, é igual em qualquer parte do circuito.
12-O que acontece com a diferença de potencial em cada resistor num circuito em paralelo? 
 A diferença de potencial é igual no circuito paralelo.
 
13- No circuito paralelo o que acontece com as correntes em cada resistor? 
 Seguindo a Lei de Ohm, a tensão no circuito é a mesma, então a corrente vai variar conforme a resistência de cada resistor de cada nó.
 
14-Podemos considerar um circuito formado de resistores como um único resistor? 
 Sim, podemos encontra o valor do resistor equivalente calculado através da associação de resistores. 
 
15 - Na física, qual analogia podemos fazer do conceito de corrente elétrica com a hidráulica? 
 Podemos fazer uma analogia com um reservatório de água (energia potencial gravitacional), na eletricidade temos a bateria onde temos a energia potencial elétrica. Ainda, relacionar a corrente elétrica que flui no fio com o fluxo de água na tubulação. 
 
 16 - Qual a diferença de corrente elétrica convencional e corrente real ou eletrônica? 
 Na corrente convencional o sentido da corrente é do positivo para o negativo (prótons se movimentando) e na corrente real temos o movimento de elétrons num condutor com a corrente fluindo do negativo para o positivo. 
 
Circuitos em Série e em Paralelo 
Objetivo 
Demonstrar o funcionamento de circuitos em série e em paralelo e comparar suas diferenças. 
 
Procedimento 
Inicie o Virtual Physics e selecione Series and Parallel Circuits na lista de experimentos. O programa vai abrir a bancada de circuitos elétricos (Circuits). 
2-Se observarmos a imagem acima a fonte de alimentação está ligada e fornecendo 12 V DC, e conectada ao protoboard (matriz de contatos). Neste experimento vamos montar nossos próprios circuitos. Clique no símbolo do resistor e arraste para a área do circuito. Se você quiser movimentar o resistor é só clicar no símbolo e quando aparece um ponto azul você pode movimenta-lo. Para fazer as conexões você clica na extremidade do resistor onde aparece um ponto azul podendo conectar a outros dispositivos. Do lado direito você tem um protoboard com os elementos do circuito. 
3-No esquema, coloque cinco resistores em série utilizando o símbolo do resistor no topo. Comece conectando o primeiro resistor à extremidade solta do gerador de funções. Em seguida, arraste outro resistor e coloque-o ao lado da extremidade solta do primeiro resistor. Faça isso até ter cinco resistores em série. Complete o circuito conectando o último resistor à fonte de alimentação. 
4-Altere a resistência dos resistores para os valores encontrados na tabela abaixo. Assuma que o resistor R1 é o resistor conectado ao lado positivo da alimentação e o resistor R5 é o resistor conectado ao lado negativo. 
	Resistor 
	Resistência ( 
	1 
	100 
	2 
	200 
	3 
	200 
	4 
	2000 
	5 
	2000 
 
6-Utilizando o multímetro, no modo para medir a corrente e a diferença de potencial passando em cada resistor. No esquema, o símbolo para o multímetro contém as letras DMM (digital volt meter) no meio. Clique e arraste a extremidade vermelha para um dos lados do resistor. Ela deve travar no local adequado. Clique e arraste a extremidade preta para o outro lado do mesmo resistor para medir a queda de tensão no resistor. Você pode ler a tensão e a corrente no painel do multímetro amarelo. Para medir a corrente, mude o multímetro de VDC para IDC. Anote seus dados na tabela abaixo. Quando utilizamos no modo amperímetro no laboratório virtual as duas pontas de prova ficam juntas, ou seja, ele mede a corrente que passa por aquele ponto. Já o voltímetro mede a tensão entre dois pontos, por isso ele deve estar conectado em cada um dos lados do resistor. 
 
	Resistor 
	Tensão (V) 
	Corrente (A) 
	1 
	 0,267
	 0,003
	2 
	 0,533
	 0,003
	3 
	 0,533
	0,003 
	4 
	 5,333
	0,003 
	5 
	 5,3330,003 
 
7-Em seguida, utilizando os mesmos resistores com seus respectivos valores monte um circuito em paralelo. 
 
8- Utilizando o voltímetro na escala V DC e o amperímetro I DC realize as medidas de tensão e correntes em cada um dos 5 resistores usados no item 4 da tabela. Faça as medições e preencha a tabela abaixo. 
 
	Resistor 
	Tensão (V) 
	Corrente (A) 
	1 
	 12,00
	 0,120
	2 
	12,00 
	 0,060 
	3 
	12,00 
	 0,060
	4 
	12,00 
	0,006 
	5 
	12,00 
	 0,006
 
 
 
9-Qual grandeza que permanece constante e o que varia no circuito em série? 
A corrente permanece constante e a diferença de potencial (tensão) em cada resistor varia.
 
10-O que permanece constante e o que varia no circuito em paralelo? 
 A diferença de potencial (tensão) em cada resistor permanece constante e o que varia é a corrente em cada resistor em função da sua resistência.
 
 
Resumindo qual a diferença de um circuito em série e um circuito em paralelo? 
 No circuito em série temos os resistores dispostos em linha de forma que a corrente só tem um caminho para circular, a corrente que entra é a mesma corrente que circula em todos os resistores, quer dizer se queimar um resistor o circuito fica interrompido. No circuito em paralelo os resistores são dispostos em paralelo, sendo que a corrente se divide em cada resistor(nó), se interrompermos um resistor os demais resistores do circuito continua funcionando.
 
Dê um reset no experimento e monte um circuito com 3 lâmpadas em série. O símbolo para lâmpada é um círculo branco com um x no meio. Ligue as lâmpadas em 50V. Verifique se acendem. Se retirar uma lâmpada, o que acontece? 
 Se retirarmos uma lâmpada as demais apagam.
 
 
13-Dê um reset no experimento e ligue 3 lâmpadas em paralelo com a fonte de alimentação em 50V. O que acontece com o brilho das lâmpadas? O que acontece se você retirar uma lâmpada sem interromper o circuito? 
 As lâmpadas ficaram com brilho intenso e se retirarmos uma lâmpada as demais continuam acessas.
 
 
 
 
 
 
O Efeito de um Campo Magnético no Movimento de Partículas Carregadas
Objetivo 
Estudar o efeito de um campo magnético no movimento de cargas elétricas. 
Procedimento 
1-Abra o Virtual Physics e selecione The Defect. of a Magnetic Field on Moving Charges na lista de experimentos. O programa vai abrir a bancada de física quântica (Quantum). 
2-Podemos observar o experimento montado, onde podemos visualizar o canhão de elétrons (Electron Gun), o eletroímã, para o desvio dos elétrons; e a tela de fósforo verde (Phosphor Screen) para detecção das partículas. 
 
3-Para realizar o experimento clique na tela de fósforo verde e arraste a tela para não ficar em cima do experimento montado. Em seguida clique no botão verde-vermelho (On/Off), onde podemos observar o ponto luminoso no centro da tela. Aperte o botão (Grid). 
 
4-Agora vá para o eletroímã (situado no centro do experimento) e ajuste o campo magnético (Magnetic Field) para 40 μT (microtesla), clicando três vezes o botão acima do dígito da dezena (cuidado para não clicar entre os dígitos, isso muda a posição do ponto decimal; para mudar o ponto decimal de volta, clique onde ele estava originalmente). Qual a posição do ponto luminoso na tela de fósforo?
O ponto se deslocou consideravelmente para esquerda.
Diminua o campo magnético para 20 μT, o que acontece com o ponto luminoso? Por quê? 
O ponto de desloca para a direita e fica na posição mediana entre o centro e o ponto anterior que se encontrava, devido a influência do campo magnético induzido pelo eletroímã o ponto gerado pelo canhão de elétrons se desvia.
Diminua a intensidade do feixe do canhão de elétrons clicando acima do dígito da centena para 1e/s. O que você observa na tela de fósforo verde? 
 A intensidade do feixe diminui na tela.
Para desviar mais o feixe de elétrons, quais parâmetros você mudaria? 
 A intensidade do campo magnético gerado pelo eletroímã.
 
8-A seguir altere o campo magnético de modo que o ponto luminoso fique no ponto central da tela de fósforo verde, vamos trocar de fonte o canhão de elétrons levando para o balcão do almoxarifado (Stockroom). Clique no almoxarifado para entrar e clique duas vezes no canhão de elétrons para devolvê-lo à prateleira. Clique duas vezes na fonte de partículas alfa (Alpha Source) para selecioná-la ou arraste-a para o balcão. Clique na seta verde Return to Lab para voltar à bancada. Arraste a fonte de partículas alfa até a mesa e coloque-a onde estava o canhão de elétrons. Abra a janela da fonte de partículas alfa (on/off) para iniciar a emissão, verifique se aparece na tela de fósforo. 
 
9-Altere a unidade do campo magnético de μT para mT (militesla) clicando no botão acima da unidade. Clique três vezes no botão acima do dígito da centena para ajustar o campo magnético para 400 mT. 
 
10-Para qual posição se deslocou o ponto luminoso na tela de fósforo verde? Qual a diferença do feixe de partículas alfa para o feixe de elétrons no campo magnético? 
 Ocorre um desvio do feixe à direita. A diferença é que a carga da partícula alfa é positiva, e a carga dos elétrons é negativa.
 
11- Qual o motivo de se aumentar o campo magnético para desviar as partículas alfa comparado ao feixe de elétrons? 
Porque a energia das partículas alfa é muito maior do que a dos elétrons, pois elas são maiores tanto em massa quanto em carga.
 
12-Por que somente as partículas em movimento são desviadas pelo campo magnético? 
 Por que cargas em movimento geram campo magnético que interagem com o campo magnético do eletroímã.
Qual é a carga de uma partícula alfa e como ela é formada?
 A partícula alfa é um núcleo de um átomo de hélio. Portanto, a partícula alfa ou “raio alfa’’ é um íon de carga 2+ com dois nêutrons e dois prótons, representado por 4He2+.
 
Cite exemplos de aplicações na atualidade. 
A medicina, a indústria, particularmente a farmácia, e a agricultura são as áreas mais beneficiadas na utilização de radiação.