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Lei de Ohm Bárbara Marina Alves Freire Martins – FSC1026 – Turma 315/10 Laboratório de Física III– Departamento de Física Universidade Federal de Santa Maria e-mail: barbaramarina2009@hotmail.com Resumo. A resistividade elétrica é uma propriedade que define o quanto um material se opõe à passagem de corrente elétrica, sendo que, quanto maior a resistividade elétrica de um material, mais difícil é a passagem de corrente elétrica. Ela é uma propriedade do resistor, que é um condutor com um valor específico de resistência. A lei de Ohm afirma que a corrente que atravessa um dispositivo é diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada ao dispositivo. O valor da resistência de um dispositivo não depende do valor absoluto nem da polaridade da diferença de potencial aplicada. Palavras chave: lei de Ohm, resistor, resistividade elétrica. Introdução O resitor é um dispositivo elétrico condutor que impede a passagem de corrente elétrica, essa oposição é denominada de resitência elétrica, que tem por unidade no SI o ohm (Ω). E a resistência). E a resistência elétrica é dada por: R=V I Sendo V a tensão e I a corrente do circuito. Com uma resistência constante, a relação entre a diferença de potencial e a corrente elétrica é linear. No entanto, isso não ocorre com todos os dispositivos, ou seja, existem dispositivos onde ela pode variar. A distinção desses dispositivos se dá pela lei de Ohm, onde “a corrente que atravessa um dispositivo é sempre diretamente proporcional à diferençade potencial aplicada ao dispositivo”. Os dispositivos que obedecem a essa lei são chamados de resistores ôhmicos e os demais são chamados de não ôhmicos. Os valores das resitências dependem de características e propriedades do material, como a área da seção (A), o comprimento (L) e a resistividade (ρ), sendo a última uma propriedade intríseca do material. E ela pode ser obtivada pela seguinte equação: R=ρ L A Assim como os capacitores, os resistores podem ser associados para assumirem os valores necessários, quando os valores comerciais não possuam os valores de resistência desejados. Quando associados em paralelo, podemos obter a capacitância equivalente com a relação a seguir: 1 R eq = 1 R 1 + 1 R 2 + 1 R 3 Para os resistores conectados em série a sua resistência equivalente será a soma deles. Sendo ela dada por: R eq=R 1+R 2+R3 Uma série de experimentos foram realizados para analisar algumas propriedades dos resistores, das resistências e da resistividade elétrica. Procedimento Experimental Para a primeira parte do experimento foi oferecido alguns materiais para que os alunos verificassem as resitâncias de alguns fios metálicos. Os materiais disponibilizados foram um fio níquel- cromo de 0,36 mm de diâmetro, um fio níquel- cromo de 0,51mm de diâmetro, um fio níquel- cromo de 0,72 mm de diâmetro, um fio ferro de 0,36 mm de diâmetro e um multímetro. A cada distância de 0,20 cm as resistências foram medidas para cada fio, obtendo a seguinte tabela: Relação entre Resistência e Comprimento L (m) R0,36 (Ω). E a resistência) R0,51 (Ω). E a resistência) R0,72 (Ω). E a resistência) RFe (Ω). E a resistência) 0,2 2,3 1,3 0,7 0,3 0,4 4,6 2,4 1,3 0,6 0,6 6,7 3,5 1,8 0,8 0,8 8,9 4,7 2,3 1,0 1 11,11 5,8 2,9 1,2 Já na segunda parte do experimento, foi necessário o uso de um resitor de 1,2 kΩ, umaΩ). E a resistência, uma lâmpada incandescente, um LED, uma fonte de tensão controlada, um multimetro e uma ProtoBoard. Na ProtoBoard, arranjou primeiramente o resitor em série com a fonte e em paralelo com o voltímetro e depois em série com o amparímetro e os valores de tensão e corrente foram anotados para as variações de ambos. Em seguida, repetiu-se para os demais dispositivos, a lâmpada e o LED. Resultados e Discussão Da primeira parte, os valores das resistências foram anotados para os quatros fios. E para encontrar o valor da resistividadeelétrica do Níquel- Cromo e do Ferro, foi necessário traçar os gráficos com os valores das resitências variando de acordo com a distância, podendo assim achar o coeficiente angular da reta obtida depois de fazer a regressão linear e achando também resistividade do respectivo material. Com o axílio do aplicativo GeoGebra, a distância, em m, e as suas respectivas resistências, em Ω). E a resistência, foram adicionadas para gerar um gráfico para cada material. Observa-se que o arranjo dos pontos para todos os gráficos lembram uma reta e fazendo a regreção linear através do aplicativo a reta que melhor se adaptava aos pontos foi traçada. Sendo as retas encontradas para os materiais representadas pelas seguintes funções: • Níquel-Cromo Ø 0,36 mm: R = 10,96 L + 0,146 • Níquel-Cromo Ø 0,51 mm: R = 5,65 L + 0,15 • Níquel-Cromo Ø 0,72 mm: R = 2,7 L + 0,18 • Ferro Ø 0,36 mm : R = 1,1 L + 0,12 Das funções de cada reta, temos que o termo que acompanha o L é o coeficiente angular da reta, e com esse valor é possível obter a resistividade do material, já que ele é corespondente ao ρ/A da relação entre a resistência, o comprimento e a área da seção. Então, para obter a resistividade elétrica do material é só igualar os termos e isolar o ρ. a= ρ A ρ=A . a • Níquel-Cromo Ø 0,36 mm: A = 1,01 x 10-7 m2 a = 10,96 Ω/mm ρ = 1,116 x 10-6 Ωm • Níquel-Cromo Ø 0,51 mm: A = 2,04 x 10-7 m2 a = 5,65 Ω/mm ρ = 1,15 x 10-6 Ωm • Níquel-Cromo Ø 0,72 mm: A = 4,07 x 10-7 m2 a = 2,7 Ω/mm ρ = 1,099 x 10-6 Ωm • Ferro Ø 0,36 mm : A = 1,01 x 10-7 m2 a = 1,1 Ω/mm ρ = 1,11 x 10-7 Ωm2 Existe outro modo de chegar ao valor da resistividade do fio de níquel-cromo, já que tem-se o valor a resistência ao longo de 1 m de comprimento para três áreas distintas. Como na relação a seguir: Relação entre Resistência e Área da Seção Reta do Condutor Ø (mm) A (m2) R(Ω) 0,36 1,01 x 10-7 11,11 0,51 2,04 x 10-7 5,8 0,72 4,07 x 10-7 2,9 Novamente com o axílio do aplicativo GeoGebra, plotou-se o gráfico para a relação entre a resistência e a área da seção reta do condutor: Gráfico 1 – R [Ω] x L [m] - Fio de Níquel-Cromo de 0,36 mm de diâmetro. Gráfico 2 – R [Ω] x L [m] - Fio de Níquel-Cromo de 0,51 mm de diâmetro. Gráfico 3 – R [Ω] x L [m] - Fio de Níquel-Cromo de 0,72 mm de diâmetro. Gráfico 4 – R [Ω] x L [m] - Fio de Ferro de 0,36 mm de diâmetro. Da mesma forma que observou-se nos gŕaficos anteriores, o arranjo dos pontos lembra uma reta e fazendo a regreção linear através do aplicativo a reta que melhor se adaptava aos pontos foi traçada, sendo ela: R = 0,91 1 A + 0,146 Da função da reta, temos que o termo que acompanha o A-1 é o coeficiente angular da reta, pois ele é corespondente ao ρL da relação entre a resistência, o comprimento e a área da seção. Assim obteve-se a resistividade do material: a=ρ L ρ= a L ; L = 1 m ρ = 0,91 x 10-7 Ωm2 Em seguida, usando o arranjo para o resistor, a lâmpada e o LED, foram anotados os seguintes valores de corrente e tensão para cada um deles: Relação entre a Corrente e a Tensão Resistor 1,2 kΩΩ LED Lâmpada Incandescente V (V) I (mA) V (V) I (mA) V (V) I (mA) 1,0 0,88 1,5 0,0037 2,0 11,42 2,0 1,75 1,7 0,036 4,0 17,1 3,0 2,51 1,9 0,152 6,0 22,1 4,0 3,39 2,1 8,23 8,0 26,6 5,0 4,21 2,3 15,47 10,0 30,0 6,0 5,05 2,5 31,0 12,0 33,6 7,0 5,84 2,7 40,2 14,0 36,8 8,0 6,70 2,9 49,3 16,0 39,9 9,0 7,55 3,1 60,0 18,0 42,8 10,0 8,58 - - 20,0 45,5 Usando o aplicativo GeoGebra, plotou-se o gráfico em relação entrea Corrente e a Tensão para os valores mostrados acima. O arranjo dos pontos para os três gráficos lembram uma reta e através do aplicativo a reta que melhor se adaptava aos pontos em cada dispositivofoi: • Resistor 1,2 kΩ, umaΩ). E a resistência: V = 1,186 I – 0,010 • Lâmpada Incandescente: V = 0,533 I - 5,3 • LED: V = 0,0229 I + 1,77 Das funções de cada reta, temos que o termo que acompanha o I é o coeficiente angular da reta, e valor vai ser o valor da resistência do dispositivo, por causa da relação entre a resistência, a tensão e a corrente comprimento e a área da seção. a=R • Resistor 1,2 kΩ, umaΩ). E a resistência: R = 1,18 kΩ • Lâmpada Incandescente: R =0,533 kΩ • LED: R = 22,9 Ω Conclusão Nesse relatório , algumas das propriedades e caracteristicas dos resistores foram verificadas e observadas. Principamente a dependência do valor da resistência em relacão a resistividade elétrica do material e em relação a tensão e a corrente, quando o dispositivo respeita a lei de ohm, que é o caso dos dispositivos utilizados. Gráfico 5 – R [Ω] x A-1 [m-2] - Fio de Níquel-Cromo. Gráfico 6 – V [V] x I [A] – Resistor de 1,2 kΩ. Gráfico 7 – V [V] x I [A] – Lâmpada incandescente. Gráfico 8 – V [V] x I [A] – LED. Grande parte do conteúdo compreendido em sala de aula na matéria da Lei de Ohm mostrou-se funcional, desde as definições até as fórmulas, com uma pequena variação dos valores obtidos, que pequenas imprecições causam. Referências [1] Halliday, David, 1916 – Fundamentos de Física, v.olume 3: eletromagnetismo/ Halliday, ResnickΩ, uma, Jearl WalkΩ, umaer; tradução e revisão técnica Ronal Sérgio de Biasi. - [Reimpr.]. - Rio de Janeiro: LCT, 2011. [2] TIPLER, Paul Allan, MOSCA, Gene. Física. Rio de Janeiro LTC, 2006, Vol. 2. https://www.educabras.com/vestibular/materia/ fisica/corrente_eletrica/aulas/ capacitores_capacitancia
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