Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Universidade Federal do Oeste da Bahia Centro das Ciências Exatas e das Tecnologias Física Geral e Experimental III Professor Edward Ferraz de Almeida Junior Alunos: Dilson de Araujo Andrade Ítalo Anderson Rodrigues Martins Relatório da Experiência 1 - Lei de Ohm (Parte 1) 1- Objetivo: O objetivo deste experimento é estabelecer relações entre corrente, resistência e tensão. 2- Introdução: Ao se aplicar uma diferença de potencial entre duas extremidades de um condutor iremos gerar uma corrente de cargas para neutralizar essa diferença, no entanto o material ira se opor a esse movimento de cargas. Como a intensidade da corrente é quantidade cargas por unidade de tempo, então certamente ela dependera do quanto que o material se opõem ao movimento, assim, podemos definir uma grandeza física que chamaremos de resistência ( ), dada pela razão entre a diferença de potencial e a intensidade da corrente, que representará o quanto esse material se opõem ao movimento de cargas. No S.I. a unidade da resistência é o Ohm, em homenagem póstuma ao físico e matemático alemão Georg Simon Ohm devido aos seus estudos nessa área. Se a resistência de um determinado condutor não depende da diferença de potencial, então o denominamos de ôhmico e podemos determinar a queda de potencial pela relação (que muitos chamam de Lei de Ohm). A resistência depende do material, da temperatura, do comprimento e da área do condutor, pode-se relacionar todos esses fatores através da relação (onde é a resistividade elétrica do material e é função da temperatura, é o comprimento do condutor e a área) Em circuitos é normal encontrarmos resistores para limitar a intensidade de corrente e podemos facilmente identifica-los devido a uma codificação padronizada através de cores. Nesse sistema faixas coloridas são ordenadas para que o usuário possa saber a resistência do resistor que esta utilizando, sendo normalmente 3 faixas igualmente espaçadas, sendo as duas primeiras um valor de 1 a 99 e a terceira a ordem de uma potencia de dez que multiplica esse valor, e uma faixa mais afastada representa a tolerância da medida. Abaixo segue uma tabela que exemplifica essa codificação. 3- Procedimento experimental: Para a realização desse experimento utilizou-se: a) Fonte de tensão 6V; b) Fonte de tensão-corrente variável; c) Placa para ensaios de circuitos elétricos; d) Fios de conexão; e) Resistor de 120 ; f) Diodo in4007; g) Lâmpadas (6V/2W); h) Multímetros digitais. Primeiro montou-se o circuito conforme a figura ao lado usando a fonte de 6V. Com o amperímetro em serie com o resistor e ajustado com fundo de escala 200m DCA e o voltímetro em paralelo ao resistor com fundo de escala 200 DCV. Ligou-se a fonte, e ajustou o diferencial de potencial (ddp) entre as extremidade do resistor em 1V e, anotando os valores da ddp e da intensidade de corrente que passa pelo resistor na tabela 1, aumentou- se a ddp ao passo de 0,5V ate alcançar um valor máximo. Figura 1 – Montagem usando potenciômetro. Em seguida montou-se o circuito conforme a figura ao lado usando a fonte de tensão-corrente variável. Ligou-se a fonte, e ajustou o ddp entre as extremidade do resistor em 1V e, anotando os valores da ddp e da intensidade de corrente que passa pelo resistor na tabela 2, aumentou-se a ddp ao passo de 1V ate alcançar o valor de 10V. Repetiu-se os procedimentos anteriores substituindo o resistor por uma lâmpada e mudando o fundo de escala do amperímetro para 10A. Montou-se um circuito em série com o diodo, polarizado diretamente, o resistor e a fonte de tensão- corrente. Anotando os valores da ddp e da intensidade de corrente que passa pelo resistor na tabela 5, aumentou-se a ddp ao passo de 1V ate alcançar o valor de 10V.Por fim repetiu-se o processo invertendo a polaridade do diodo. 4- Resultados Diferença de potencial em V Intensidade da corrente em mA Resistencia em Ω Potencia em W 1 1,0 8,4 119,05 0,01 2 1,5 12,7 118,11 0,02 3 2,0 16,8 119,05 0,03 4 2,5 21,2 117,92 0,05 5 3,0 25,4 118,11 0,08 6 3,5 29,7 117,85 0,10 7 4,0 34,1 117,30 0,14 8 4,5 38,4 117,19 0,17 9 5,0 42,7 117,10 0,21 10 5,5 47,0 117,02 0,26 11 6,0 51,5 116,50 0,31 Tabela 1 – Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em mA, para a montagem com potenciômetro e resistor de resistência 120 Ω ±10%. A resistência na tabela foi calculada usando a lei de Ohm. Diferença de potencial em V Intensidade da corrente em mA Resistencia em Ω Potencia em W 1 1 8,2 121,95 0,01 2 2 16,6 120,48 0,03 3 3 25,1 119,52 0,08 4 4 33,5 119,40 0,13 5 5 42,1 118,76 0,21 6 6 51,2 117,19 0,31 7 7 59,6 117,45 0,42 8 8 69,1 115,77 0,55 9 9 77,7 115,83 0,70 10 10 86,2 116,01 0,86 Tabela 2– Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em mA, para a montagem com a fonte variável e resistor de resistência 120 Ω ±10%. A resistência na tabela foi calculada usando a lei de Ohm. Figura 2 – Montagem usando fonte de tensão-corrente Diferença de potencial em V Intensidade da corrente em A Resistencia em Ω Potencia em W 1 1,0 0,05 20,00 0,05 2 1,5 0,07 21,43 0,11 3 2,0 0,09 22,22 0,18 4 2,5 0,10 25,00 0,25 5 3,0 0,11 27,27 0,33 6 3,5 0,12 29,17 0,42 7 4,0 0,13 30,77 0,52 8 4,5 0,14 32,14 0,63 9 5,0 0,15 33,33 0,75 10 5,5 0,16 34,38 0,88 11 6,0 0,17 35,29 1,02 Tabela 3– Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em A, para a montagem com potenciômetro e lâmpada. A resistência na tabela foi calculada usando a lei de Ohm. Diferença de potencial em V Intensidade da corrente em A Resistencia em Ω Potencia em W 1 1,0 0,08 12,50 0,08 2 2,0 0,10 20,00 0,20 3 3,0 0,13 23,08 0,39 4 4,0 0,15 26,67 0,60 5 5,0 0,17 29,41 0,85 6 6,0 0,19 31,58 1,14 7 7,0 0,20 35,00 1,40 8 8,0 0,22 36,36 1,76 9 9,0 0,23 39,13 2,07 10 10,0 0,25 40,00 2,50 Tabela 4 – Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em A, para a montagem com a fonte variável e lâmpada. A resistência na tabela foi calculada usando a lei de Ohm. Diferença de potencial em V Intensidade da corrente em mA Resistencia em Ω Potencia em W 1 1,0 3,3 303,03 0,00 2 2,0 11,1 180,18 0,02 3 3,0 18,8 159,57 0,06 4 4,0 27,5 145,45 0,11 5 5,0 35,4 141,24 0,18 6 6,0 44,1 136,05 0,26 7 7,0 52,7 132,83 0,37 8 8,0 61,3 130,51 0,49 9 9,0 70,4 127,84 0,63 10 10,0 78,8 126,90 0,79 Tabela 5 – Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em mA, para a montagem com a fonte variável , um resistor de resistência 120 Ω ±10% e um diodo In4007polarizado diretamente. A resistência na tabela foi calculada usando a lei de Ohm, a resistência encontrada usando o multímetro foi 632 Ω. Não foi possível medir corrente com o diodo inversamente polarizado. Gráfico 1 – Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em mA, para a montagem com potenciômetro e resistor de resistência 120 Ω ±10%. Gráfico 2 – Relaciona os valores de Resistencia em Ω e intensidade de corrente em mA, para a montagem com potenciômetro e resistor de resistência 120 Ω ±10%. 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 D if e re n ça d e p o te n ci al ( V ) Intensidade de corrente (mA) 116,0 116,5 117,0 117,5 118,0 118,5 119,0119,5 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 R e si st e n ci a (Ω ) Intensidade de corrente (mA) Gráfico 3 – Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em mA, para a montagem com a fonte variável e resistor de resistência 120 Ω ±10%. Gráfico 4 – Relaciona os valores de Resistencia em Ω e intensidade de corrente em mA, para a montagem com a fonte variável e resistor de resistência 120 Ω ±10%. 0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 D if e re n ça d e p o te n ci al ( V ) Intensidade de corrente (mA) 115,0 116,0 117,0 118,0 119,0 120,0 121,0 122,0 123,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 R e si st e n ci a (Ω ) Intensidade de corrente (mA) Gráfico 5 – Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em A, para a montagem com potenciômetro e uma lâmpada. Gráfico 6 - Relaciona os valores de Resistencia em Ω e intensidade de corrente em mA, para a montagem com potenciômetro e uma lâmpada. 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 D if e re n ça d e p o te n ci al ( V ) Intensidade de corrente (A) 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 R e si st e n ci a (Ω ) Intensidade de corrente (A) Gráfico 7– Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em A, para a montagem com a fonte variável e uma lâmpada. Gráfico 8 – Relaciona os valores de Resistencia em Ω e intensidade de corrente em mA, para a montagem com a fonte variável e uma lâmpada. 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 D if e re n ça d e p o te n ci al ( V ) Intensidade de corrente (A) 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 R e si st e n ci a (Ω ) Intensidade de corrente (A) Gráfico 9 – Relaciona os valores de diferença de potencial em V e intensidade de corrente em mA, para a montagem com a fonte variável , um resistor de resistência 120 Ω ±10% e um diodo In4007polarizado diretamente. Gráfico 10 - Relaciona os valores de Resistencia em Ω e intensidade de corrente em mA, para a montagem com a fonte variável , um resistor de resistência 120 Ω ±10% e um diodo In4007polarizado diretamente. 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 D if e re n ça d e p o te n ci al ( V ) Intensidade de corrente (mA) 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 R e si st e n ci a (Ω ) Intensidade de corrente (mA) Gráfico 11 - Relaciona os valores da potencia em W e intensidade de corrente em mA, para a montagem com potenciômetro e resistor de resistência 120 Ω ±10%. Gráfico 12 - Relaciona os valores da potencia em W e intensidade de corrente em mA, para a montagem com a fonte variável e resistor de resistência 120 Ω ±10%. 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 P o te n ci al ( W ) Intensidade de corrente (mA) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 P o te n ci al ( W ) Intensidade de corrente (mA) Gráfico 13 - Relaciona os valores da potencia em W e intensidade de corrente em A, para a montagem com potenciômetro e uma lâmpada. Gráfico 14 - Relaciona os valores da potencia em W e intensidade de corrente em A, para a montagem com a fonte variável e uma lâmpada. 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 P o te n ci al ( W ) Intensidade de corrente (A) 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 P o te n ci al ( W ) Intensidade de corrente (A) Gráfico 15 - Relaciona os valores da potencia em W e intensidade de corrente em mA, para a montagem com a fonte variável , um resistor de resistência 120 Ω ±10% e um diodo In4007polarizado diretamente. 5- Discursão: Os gráficos que relacionam corrente e tensão para as montagens com o resistor de carbono possuem comportamento linear, isso é claramente observável e comprovada pelo Método dos mínimos quadrados, onde os r² são 1 e 0,9998 para a montagens com o potenciômetro e com a fonte de tensão variável respectivamente. Isso demonstra que no resistor de carbono a tensão cresce linearmente com a corrente, comparando com a literatura percebe-se que o resisto de carbono é um resistor Ôhmico, condizendo com os dados observados. A partir do coeficiente de inclinação desses gráficos é possível obter a resistência desse resistor, e foram encontrados os valores de 116Ω e 114Ω para as montagens com o potenciômetro e com a fonte variável de tensão-corrente respectivamente, o que está dentro do intervalo tolerável do resistor, que vai de 108Ω a 132Ω. Os Gráficos que relacionam resistência e corrente para essas montagens demonstram um decrescimento da resistência com a corrente, no entanto, o intervalo de variação da resistência é muito pequeno e os pontos encontram-se espaçados para modelagens lineares, exponenciais e polinomiais, implicando que a resistência não é fortemente influenciada intensidade de corrente. É possível que essa variação da resistência esteja ligada a variação de temperatura do resistor, apesar da temperatura não ter sido medida notou-se um aquecimento no resistor ao longo do processo e como as medidas em cada montagem foram retiradas em sequencia sem desligar o circuito sabe-se que as medidas iniciais foram feitas com o resistor a uma temperatura menor que 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 P o te n ci al ( W ) Intensidade de corrente (mA) as ultimas. O aumento da temperatura no resistor se deve ao choque dos elétrons da corrente com o material, desse modo o aumento está relacionado diretamente com intensidade da corrente e com a resistência do material a passagem da corrente, esse efeito é conhecido como efeito Joule. Para a montagem utilizando a lâmpada o gráfico que relaciona tensão e corrente mostram um comportamento não linear, que possui boa aproximação a um polinômio tendo r² igual 0,9973 e 0,9972 para as montagens com o potenciômetro e com a fonte variável de tensão corrente respectivamente para uma aproximação a um polinômio de 2ª ordem. Percebe-se que a lâmpada não se trata de um resistor ôhmico e por isso não é possível encontrar a resistência do mesmo modo que com o resistor. Os gráficos que relacionam a resistência e a corrente mostram uma grande variação da resistência com o aumento da corrente, que como esperado devido ao gráfico tensão-corrente, possui boa aproximação polinomial. Para a montagem utilizando o diodo diretamente polarizado o gráfico que relaciona tensão e corrente demonstra um comportamento linear, com r² = 0,9996 e resistência 118Ω. Já o gráfico entre resistência e corrente mostrou uma grande variação da resistência, no entanto não foi possível obter boa aproximação linear, exponencial, potencial, logarítmica ou polinomial.Apesar das especificações do diodo informar que existe corrente tanto no sentido direto quanto no inverso, não foi possível medir corrente no sentido inverso, provavelmente devido ao multímetro que foi utilizado. Todos os gráficos de potencia por corrente pode ser aproximado por uma lei de potencia. 6- Conclusão: O experimento teve êxito em elucidar aos alunos as relações entre corrente, resistência e tensão, demonstrando a validade da lei de Ohm, a diferença da relação tensão-corrente entre um resistor ôhmico e não-ôhmico, além de permitir o contato deles com as utilização da energia dissipada devida resistência para gerar luz e calor. 7- Possibilidade de Trabalhos Futuros: O experimento deixou em aberto algumas questões, de modo que o mesmo pode ser retomado coletando dados de temperatura e tempo, para verificar a relação entre a resistência e a temperatura nesses resistores e a relação entre a temperatura a resistência e a corrente ao longo do tempo. Para isso recomenda-se a utilização um multímetro mais confiavel para permitir a medida da corrente no diodo no sentido inverso de polarização e dando mais segurança aos demais dados. Referencias bibliográficas Nussenzveig, Herch Moyses. Curso de Física básica vol3 – 1º edição. Paul A. Tipler, Gene Mosca . Física para cientistas e engenheiros – Volume 2 – Eletricidade e magnetismo, ótica - 6º edição Edward Ferraz de Almeida Junior – Roteiro: Experiência 1 Lei de Ohm (Parte 1) – utilizado na diciplina Física Geral e Experimental III – A – IAD223 da UFOB. 2014
Compartilhar