Física III - Experimento 1 - UFBA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
Departamento de Física do Estado Sólido
EXPERIMENTO 1: Medida de Corrente e Diferença de Potencial
Relatório apresentado ao Professor Alberto Ulisses São Paulo referente ao primeiro experimento de Física Experimental ⅠⅠⅠ realizado pelas alunas Natália Corrêa Rocha e	Victória de Jesus Macedo no semestre 2018.1.
Salvador, 2018
Introdução
Neste experimento buscamos medir e interpretar duas grandezas da eletricidade: medida de corrente e diferença de potencial. Para a realização do mesmo é necessário o conhecimento da Lei de Ohm, saber aplicar os conhecimentos teóricos na prática, saber conectar as peças dos circuito e conseguir compreender o que está acontecendo a cada etapa do experimento ou em uma simples mudança de valor de resistência. A partir disto, trabalhamos com medidas de corrente, duplicação e quadruplicação do fundo de escala do amperímetro além de transformar este em voltímetro.
O experimento foi realizado durante as aulas dos dias 11 e 18 de abril	
Material Utilizado no Experimento:	
- Década de Resistores (2);	
- Amperímetro;	
- Chave liga-desliga;	
- Placa de Ligação;	
- Bateria (fonte);	
- Fios;	
V.1 – Medida de Corrente Menor que o Fundo de Escala do Amperímetro
Na primeira parte do experimento foi montado o seguinte circuito:
Inicialmente contamos com os seguintes dados:	
1) Tensão da Fonte: 3,43 V	
2) Desvio do Amperímetro: 0,1 mA	
A partir destas informações, foram pedidas para serem calculadas as Resistências Mínima e Máxima tendo como base o valor do Imáx e do Imin utilizando a Lei de Ohm.	
Vo = Rmin x Imáx	
3,43 V = Rmin x 10 mA	
Rmin = 343 Ω	
Vo = Rmáx x Imin	
3,43 V = Rmáx x 1 mA	
Rmáx = 3430	Ω
Após estes cálculos , ajustamos o valor da Rmin calculada na década de resistores. Ligamos a chave e obtivemos o valor da corrente igual a 10 mA. O valor experimental bateu exatamente no valor esperado apesar de não ser considerado nos cálculos o valor da resistência interna do amperímetro. Diante do intervalo entre Rmin e Rmáx, selecionamos 15 valores que foram ajustados na década e construímos a seguinte tabela comparando a Resistência com suas Ia (corrente lida no amperímetro) e Ic (corrente calculada):
O desvio relativo permanece constante no novo aparelho = +/- 0,1.
Ao calcularmos o Ic podemos perceber que em alguns valores de Resistência ele foi maior do que o valor experimental, isso porque, existe a resistência interna do aparelho que não foi levada em consideração nos cálculos. 
V.2 - Determinação da Resistência Interna do Amperímetro
Para a segunda parte do experimento, foi montado o seguinte circuito:
Inicialmente a década de resistências R foi ajustada ao valor da Resistência Mínima Calculada (343 ) e a década de resistências Rp foi ajustada em 0. Ao ligar a chave do circuito o amperímetro marcou 0,4 mA de corrente. Esse não é exatamente o resultado esperado, pois como a década Rp foi ajustada em 0, toda a corrente deveria passar por ela, e não pelo amperímetro, já que este possui uma resistência interna. Posteriormente, a resistência Rp foi aumentada de 1 em 1W até ser obtido 5mA lido no medidor por que isso indicaria que metade da corrente total (10mA) estaria passando pelo amperímetro e a outra metade pelo resistor Rp e assim pode-se determinar a resistência interna do amperímetro (Ra=Rp). 
Segue tabela com valores de resistência e corrente:
	Resistência Rp ()
	Corrente lida no amperímetro (mA)
	0
	0,40
	1
	1,20
	2
	1,70
	3
	2,30
	4
	2,80
	5
	3,20
	6
	3,60
	7
	3,80
	8
	4,20
	9
	4,60
	10
	4,80
	11
	5,08
Portanto, a partir dos dados obtidos concluiu-se que a resistência interna do amperímetro é 11 .
Obs: O desvio avaliado do amperímetro é de 0,1 mA.
Após obter o valor da resistência interna é possível obter a corrente que realmente passa pelo resistor R.
Quando o amperímetro atingiu 5 mA, notou-se uma resistência de 11 . Sendo 
assim, agora calculemos a Resistência Equivalente do circuito, a partir da expressão
Dessa forma, a resistência total do circuito é: R + Req. Ou seja:
343 + 5,5 = 348,5
U = (R + Req) x I
Em seguida, calculando a discrepância temos:
Pode-se concluir que o valor dessa corrente não difere muito de 10mA e que a aproximação foi boa.
 
IV.3 - Transformação da Faixa de Medida de um Amperímetro
Duplicação do fundo de escala do amperímetro
O circuito anterior, divide em correntes iguais a corrente total do circuito:
I = Ia + Ip
Ou seja, ao determinar a resistência interna Ra do amperímetro ajustando um valor de resistência na década Rp, para que Ra = Rp, construiu-se um amperímetro capaz de medir correntes até 20mA.
Então, foi calculada a resistência R referente ao “novo” amperímetro com fundo de escala 20mA.
3,42 = R x 0,002
R = 171 
A década foi ajustada para o valor calculado e a corrente foi medida. Segue tabela com valores de resistência duplicados a partir de 171:
	R ()
	Ia (mA)
	 Ie (mA)
	 Ic (mA)
	∆I = Ie – Ic 
	171
	9,8
	19,6
	20
	-0,4
	342
	4,9
	9,8
	10
	-0,2
	684
	2,4
	4,8
	5
	-0,2
	1368
	1,2
	2,4
	2,5
	-0.1
	2736
	0,5
	1,0
	1,25
	-0,25
Onde, R = Resistência; Ia = corrente lida no amperímetro; Ie = corrente total experimental; Ic = corrente total calculada.
O desvio relativo permanece constante no novo aparelho, enquanto o novo desvio avaliado é 2 x 0,1 = 0,2.
- Quadruplicação do fundo de escala do amperímetro
O procedimento anterior foi repetido para obtenção de um aparelho capaz de medir 4 vezes o fundo de escala do amperímetro original.
Portanto, calculou-se a resistência R para uma corrente de 40mA:
3,42 = R x 0,04
R = 85,5 (Esse valor foi aproximado para 85 )
Calculou-se também a resistência Rp, já que dessa vez ela não poderia ser igual a resistência interna do amperímetro já que o objetivo é quadruplicar o fundo de escala:
 Ua = Up
Ra x Ia = Rp x Ip
11 x 10 = Rp x (It – Ia)
110 = Rp x (40 – 10)
Rp = 3,67 (Esse valor foi aproximado para 3 )
As décadas foram ajustadas aos valores calculados e a corrente foi medida. Segue tabela com valores de resistência R duplicados a partir de 85:
	R ()
	Ia (mA)
	Ie (mA)
	Ic (mA)
	∆I = Ie – Ic
	85
	9,2
	36,8
	40
	-3,2
	171
	5
	20
	20
	0
	342
	2,4
	9,6
	10
	-0,4
	684
	1,2
	4,8
	5
	-0,2
	1368
	0,6
	2,4
	2,5
	-0,1
O desvio relativo permanece constante no novo aparelho, enquanto o novo desvio avaliado é 4 x 0,1 = 0,4.
IV.4 - Transformação de um Amperímetro em Voltímetro
Partindo do amperímetro original, foram construídos dois voltímetros capazes de medir 5 V e 10 V, respectivamente.
Voltímetro com fundo de escala de 5V
Para essa parte do experimento, o circuito a seguir foi montado:
Para obter um voltímetro com fundo de escala 5V ajustou-se o valor da resistência R da seguinte forma:
U = R x i
U = (R+Ra) x i
5 = (R + 11) x 10 x 10-3
R + 11 = 500
R = 489 
Esse valor foi ajustado na década e o valor da corrente foi anotado (7 mA), assim a tensão foi de: 
U = (R + Ra) x i
U = 500 x 7 x 10-3
U = 3,5
Nota-se que duas unidades de corrente no amperímetro correspondem a uma unidade de tensão, por isso para o voltímetro de 5V, o desvio avaliado será de 0,1/2 = 0,05 V. A resistência interna do voltímetro é de 500 (R + Ra). 
Voltímetro com fundo de escala de 10 V
Nessa etapa foi calculada a resistência R necessária para transformar o amperímetro num voltímetro de 10V.
U = R x i
U = (R+Ra) x i
10 = (R + 11) x 10 x 10-3
R + 11 = 1000
R = 989 
Esse valor foi ajustado na década e o valor da corrente foi anotado (3,5 mA), assim a tensão foi de: 
U = (R + Ra) x i
U = 1000 x 3,5 x 10-3
U = 3,5
Perceba que uma unidade de corrente no amperímetro corresponde a uma unidade de tensão (para o voltímetro de 10V), neste caso, o desvio avaliado será o mesmo, ou seja, 0,1V. A resistência interna do voltímetro é de 1000 (R + Ra).
Com este voltímetro, mediu-se adiferença de potencial de 1, 2, 3, 4 e 5 (ligadas em série) pilhas alcalinas. Observou-se que o valor lido no amperímetro corresponde ao valor indicado na bateria (1,5 V) e ao valor calculado para as baterias ligadas em série.
	Nº de pilhas ligadas em série
	Tensão experimental (V)
	Tensão teórica (V)
	1
	1,5
	1,5
	2
	3
	3
	3
	4,6
	4,5
	4
	6,1
	6
Mediu-se também o potencial de três formas diferentes: na fonte, no voltímetro digital e no voltímetro analógico (amperímetro):
	Fonte
	Digital
	Analógico
	0,40 V
	0,44 V
	0,50 V
	1,70 V
	1,73 V
	1,79 V
	2,50 V
	2,57 V
	2,61 V
	3,40 V
	3,44 V
	3,50 V
	4,40 V
	4,46 V
	4,60 V
Conclusão
De acordo com o experimento realizado, verificamos a importância de compreender as grandezas da corrente elétrica e da tensão. Os diversos cálculos e transformações acentua o entendimento dos processos elétricos dentro das associações feitas durante o experimento.
Além de aprendermos a operar cada parte do experimento, fazermos as definitivas considerações, foi interessante compreendermos as diferenças devido a erros de leitura, a não consideração da resistência interna do amperímetro ou até em função dos fios. Neste experimento, conseguimos valores muito próximos do esperado mostrando uma certa pureza na execução do mesmo, tanto na questão prática quanto nos cálculos. 
Plan1
	R (Ω)	Ia (mA)	Ic (mA)	∆I = Ia – Ic 
	343	10	10	0
	357	9.6	9.6	0
	565	6	6.1	-0.1
	767	4.4	4.5	-0.1
	972	3.5	3.5	0
	1177	2.8	2.9	-0.1
	1382	2.4	2.5	-0.1
	1587	2.1	2.2	-0.1
	1792	1.9	1.9	0
	1997	1.7	1.7	0
	2202	1.5	1.6	-0.1
	2407	1.4	1.4	0
	2612	1.3	1.3	0
	2817	1.2	1.2	0
	3022	1.1	1.1	0
	3227	1.1	1.1	0
	3430	1	1	0