Relatório 2 - Física Experimental II (UFU)

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Sumário 
 
 
 
 
1 Resumo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 
 
 
 
2 Introdução e objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 
 
 
 
3 Teoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 
 
 
 
4 Metodologia experimental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 
 
 
 
5 Resultados e análises dos dados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 
 
 
 
6 Discussão e conclusão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 
 
 
 
7 Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Resumo 
 
A motivação ou o objetivo do relatório é verificar, através de 
equações e experimentos, uma grandeza denominada resistência interna. 
Para isso, devemos inicialmente coletar os dados que são necessários para a 
execução do experimento com amperímetros e voltímetros. O potencial e a 
corrente serão os dados necessários para a realização dos cálculos que 
envolvem tal grandeza. 
Após a coleta dos dados, utilizaremos um processo denominado de 
regressão linear. Feito isso, encontraremos a equação da reta que melhor se 
ajusta aos dados. Finalmente, através do coeficiente angular da reta em 
questão, será possível obter uma relação que nos fornecerá o valor da 
resistência interna de uma fonte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Introdução e objetivos 
 
Um resistor é um dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, 
ora com a finalidade de transformar energia elétrica em energia térmica 
(efeito joule),ora com a finalidade de limitar a quantidade de corrente 
elétrica em um circuito, a partir do material empregado, que pode ser por 
exemplo carbono ou silício. 
Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma 
oposição à passagem de corrente elétrica, através de seu material. A essa 
oposição damos o nome de resistência elétrica, que possui como unidade 
ohm. Causam uma queda de tensão em alguma parte de um circuito 
elétrico, porém jamais causam quedas de corrente elétrica. Isso significa 
que a corrente elétrica que entra em um terminal do resistor será 
exatamente a mesma que sai pelo outro terminal, porém há uma queda de 
tensão. Utilizando-se disso, é possível usar os resistores para controlar a 
corrente elétrica sobre os componentes desejados. 
Um resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que 
permanece constante independentemente da tensão ou corrente elétrica que 
circular pelo dispositivo. 
Os resistores podem ser fixos ou variáveis. Neste caso são chamados 
de potenciômetros ou reostatos. O valor nominal é alterado ao girar um 
eixo ou deslizar uma alavanca. 
O valor de um resistor de carbono pode ser facilmente identificado 
de acordo com as cores que apresenta na cápsula que envolve o material 
resistivo, ou então usando um ohmímetro. 
Alguns resistores são longos e finos, com o material resistivo 
colocado ao centro, e um terminal de metal ligado em cada extremidade. 
Este tipo de encapsulamento é chamado de encapsulamento axial. 
Resistores usados em computadores e outros dispositivos são tipicamente 
muito menores, freqüentemente são utilizadas tecnologia de montagem 
superficial (Surface-mount technology), ou SMT, esse tipo de resistor não 
tem "perna" de metal (terminal). Resistores de maiores potências são 
produzidos mais robustos para dissipar calor de maneira mais eficiente, 
mas eles seguem basicamente a mesma estrutura. 
Os objetivos deste estudo se relacionam com o cálculo da resistência 
de um resistor. Para isto, os dados coletados no experimento irão 
possibilitar o cálculo desta grandeza que caracterizará o resistor em 
questão. 
 
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3. Teoria 
 
A relação entre tensão, corrente e resistência, através de um objeto é dada 
pela equação: 
 
 𝑉 = 𝑅 × 𝑖 1 
 
Onde V é a diferença de potencial em volts, i é a corrente que circula 
através de um objeto em ampères, e R é a resistência em ohms. Se V e i 
tiverem uma relação linear—isto é, R é constante—ao longo de uma gama 
de valores, o resistor é chamado de resistor ôhmico. Um resistor ideal tem 
uma resistência fixa ao longo de todas as frequências e amplitudes de 
tensão e corrente. 
O resistor variável é um resistor cujos valores podem ser ajustados por um 
movimento mecânico, por exemplo, rodando manualmente. Os resistores 
variáveis podem ser de volta simples ou de múltiplas voltas com um 
elemento helicoidal. Alguns têm um display mecânico para contar as 
voltas. 
Reostato é um resistor variável com dois terminais, sendo um fixo e o outro 
deslizante. Geralmente são utilizados com altas correntes. 
Os resistores possuem quatro anéis que tem como finalidade fornecer dados 
que serão usados para o cálculo da resistência, como mostra a figura 
abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 - Resistor com anéis coloridos 
 
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 A tabela abaixo indica o que cada cor e anel representa no cálculo da 
resistência de um resistor: 
 
Cores 1º anel 
1º 
digito 
2º anel 
2ºdigito 
3º anel 
Multiplicador 
4º anel 
Tolerância 
Prata - - 0,01 10% 
Ouro - - 0,1 5% 
Preto 0 0 1 - 
Marrom 01 01 10 1% 
Vermelho 02 02 100 2% 
Laranja 03 03 1 000 3% 
Amarelo 04 04 10 000 4% 
Verde 05 05 100 000 - 
Azul 06 06 1 000 000 - 
Violeta 07 07 10 000 000 - 
Cinza 08 08 - - 
 
09 09 - - 
 
Tabela 1: Código de cores para resistores 
 
Através do código de cores, podemos determinar a resistência nominal do 
resistor, dada pela seguinte equação: 
𝑅 = 𝐴 × 𝐵 × 10𝐶 ± 𝐷 2 
Onde: 
 R – resistência nominal do resistor 
 A – 1º dígito 
 B – 2º dígito 
10𝐶 – multiplicador 
D – tolerância 
 
 
 
 
 
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4. Metodologia experimental 
Para a realização do experimento utilizamos: uma fonte simétrica de 
12,0 V usada para alimentar o sistema e criar uma d.d.p. (diferença de 
potencial) possibilitando o surgimento de uma corrente, multímetros 
digitais usados nas medições de tensão e corrente do sistema, cabos 
utilizados para conexões, reostato que protege o circuito, resistor o qual 
terá a resistência calculada e nitrogênio líquido usado para resfriar o 
resistor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 2 - Fonte usada no experimento 
 
 
 
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Figura 3 – Multímetro digital 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 – Reostato (resistência de proteção) 
 
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Figura 5 – Resistor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 – Resistor que foi imerso em nitrogênio líquido 
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 Figura 7 – Nitrogênio líquido 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 8 – Cabos conectores e multímetro digital 
 
 
 
 
 
 
 
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Inicialmente, temos um circuito cujo resistor encontra-se à 
temperatura ambiente, para a temperatura de 77K e para uma lâmpada. 
Montamos um circuito que pode ser visualizado na figura abaixo, 
utilizandovoltímetro e amperímetro digitais. Certificamos que os 
multímetros fossem ligados nas escalas máximas de corrente e tensão: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 9 - Circuito usado no experimento 
 
Em seguida foram realizadas 20 medições para valores de corrente e 
potencial em uma lâmpada. A precisão utilizada foi de uma casa decimal 
para a corrente e duas casas decimais para o potencial. Todas as medidas 
foram realizadas com fundo de escala de 200 mA para a corrente e 20 V 
para o potencial. 
Feito isso determinamos o valor da resistência da lâmpada. 
Em seguida, análogo ao procedimento anterior, foi feita a coleta de 
20 valores de corrente e potencial de um resistor comercial. 
Após esse procedimento uma prática semelhante à anterior será 
realizada, mas desta vez o resistor será colocado no nitrogênio líquido, 
diminuindo de forma considerável a temperatura do resistor. 
Faremos o mesmo procedimento, mas desta vez coletando os valores de 
corrente e potencial do resistor comercial imerso em nitrogênio líquido a 
fim de determinar o valor da resistência, levando em conta a tolerância. 
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5. Resultados e análise dos dados 
Através do experimento realizado, foi possível obter os seguintes valores 
referentes à tensão e ao tempo de descarregamento do capacitor: 
 Medida i(mA) V(v) 
1 68 6.35 
2 67.5 6.25 
3 62 5.44 
4 52.6 4.95 
5 55.2 4.36 
6 52.4 4.01 
7 49.5 3.62 
8 45.9 3.17 
9 43.5 2.89 
10 41.8 2.68 
11 40.4 2.52 
12 36.3 2.10 
13 34.1 1.86 
14 32.7 1.72 
15 32.0 1.65 
16 28.3 1.30 
17 26.8 1.17 
18 25.6 1.06 
19 22.5 0.81 
20 13.6 0.32 
 
Tabela 2: Valores de corrente e potencial da lâmpada 
Utilizando os dados da tabela acima e o processo de regressão linear 
obtemos o valor da resistência experimental: 
𝑅 = 118,2687Ω 
 
 
 
 
 
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Tabela 3: Valores de corrente e potencial do resistor comercial imerso em 
nitrogênio líquido 
 
Através da tabela de código de cores e da equação 2 conseguimos 
determinar os valores da resistência nominal: 
𝑅 = 33 ± 5% = 33Ω ± 1,65Ω 
Em seguida utilizando os dados da tabela acima e o processo de 
regressão linear obtemos o valor da resistência experimental: 
𝑅 = 35,719Ω 
 
 
 
 
Medida i(mA) V(v) 
1 83.4 2.98 
2 79.8 2.87 
3 75.5 2.70 
4 73.1 2.61 
5 69.6 2.48 
6 66.2 2.36 
7 62.2 2.22 
8 56.6 2.02 
9 55.1 1.97 
10 49.4 1.77 
11 45.6 1.63 
12 40.3 1.44 
13 36.3 1.30 
14 33.1 1.19 
15 27.0 0.96 
16 21.3 0.77 
17 16.3 0.58 
18 16.0 0.57 
19 15.3 0.55 
20 12.7 0.46 
13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 4: Valores de corrente e potencial do resistor comercial 
Através da tabela de código de cores e da equação 2 conseguimos 
determinar os valores da resistência nominal: 
𝑅 = 33 ± 5% = 33Ω ± 1,65Ω 
 
Em seguida utilizando os dados da tabela acima e o processo de 
regressão linear obtemos o valor da resistência experimental: 
𝑅 = 35,0501Ω 
 
 
 
Medida i(mA) V(v) 
1 84.8 2.81 
2 83.4 2.77 
3 80.6 2.65 
4 76.9 2.53 
5 73.3 2.43 
6 69.7 2.31 
7 66.5 2.20 
8 64.4 2.13 
9 62.1 2.06 
10 60.3 2.00 
11 52.7 1.74 
12 49.7 1.64 
13 44.8 1.48 
14 39.6 1.31 
15 34.8 1.15 
16 28.4 0.93 
17 24.6 0.81 
18 19.2 0.63 
19 16.4 0.53 
20 12.8 0.42 
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Figura 10 – Gráfico V x i referente à lâmpada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11 – Gráfico V x i referente ao resistor em temperatura ambiente 
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Figura 12 – Gráfico V x i referente ao resistor imerso em nitrogênio líquido 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. Discussão e conclusão 
O experimento com a lâmpada foi realizado da seguinte forma: 
inicialmente foi fornecida a corrente total que o sistema permitia e a partir 
desse ponto foi se diminuindo a tensão e anotando os valores para 
caracterizar o circuito. Com isso, o efeito Joule não foi o suficiente para 
caracterizar a lâmpada como resistor não-ôhmico, pois com a diminuição 
da tensão a lâmpada não se aqueceu o suficiente. Porém sabe-se 
teoricamente que a lâmpada se aquece e a sua temperatura não é constante, 
o que a torna um resistor não-ôhmico. Já o experimento feito com o resistor 
comercial a uma temperatura constante obedeceu à lei de Ohm. 
Como já dito, a temperatura da lâmpada não foi suficientemente 
grande para caracterizá-la como um resistor não-ôhmico. Então, os gráficos 
de tensão por corrente para a lâmpada e o resistor à temperatura constante 
ficaram semelhantes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. Bibliografia 
Halliday, Resnick & Walker - Fundamentos de Física, Vol. 3, 8a edição 
Resistor, disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Resistor, acesso em 22 
de outubro de 2010. 
Código de cores para resistores, disponível em: 
http://www.inf.pucrs.br/~calazans/undergrad/laborg/cod_cores_res.html 
acesso em 27 de outubro de 2010. 
Marletta, Alexandre - Laboratório de Física Experimental II