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Circuitos I: Associação de resistores e Lei de Ohm Elisa Reis Moreira¹, João Pedro Rodrigues de Castro¹, Raphaela Moraes Teodoro¹, Thainá Ferreira Ribeiro¹, Victor Rabello Neves Oliveira¹, Vinícius Siqueira Oliveira¹ Turma 31A do curso de ABI-Engenharias 14 de setembro de 2018 Resumo Nos circuitos elétricos, é muito comum associar conjuntos de resistores, sendo que eles podem ser interligados em série, em paralelo ou em ambos simultaneamente. Através dessas associações, pode-se verificar a Lei de Ohm e analisar o comportamento de materiais resistivos. O conhecimento da Lei de Ohm permite prever diversos aspectos de seu uso em aplicações, bem como definir padrões de corrente, tensão e resistência. 1. Introdução A caracterização da Lei de Ohm e a utilização de dispositivos elétricos é de fundamental importância para o desenvolvimento tecnológico. Como por exemplo, sem o conhecimento da Lei de Ohm não seria possível estabelecer padrões para o desenvolvimento de circuitos elétricos e diversas máquinas que dependem da eletricidade nos dias de hoje. Neste trabalho, a lei de Ohm será utilizada para determinar os valores das resistências de dois resistores, e das resistências equivalentes de associações em série e em paralelo. E, utilizar as diferentes funções do multímetro e a fonte de tensão, isso aplicado aos pequenos circuitos criados na protoboard, para aprender manusear os instrumentos. 2. Modelos 2.1. Modelo Teórico A resistência de um resistor pode ser encontrada de três maneiras diferentes: utilizando o multímetro na função ohmímetro, onde encontra-se diretamente o valor de resistência; pelo código de cores do resistor; e pela Lei de Ohm. Tendo noção de que os resistores são muito sensíveis, é preciso tomar cuidado quanto à tensão máxima que pode utilizar sem queimá-lo. Para encontrar a tensão máxima permitida, precisa-se conhecer a Potência dissipada (P) e a resistência do resistor (R), de acordo com a Equação 1. No mercado existem resistores de 1/16 Watts a 3 Watts de potência, os mais comuns em laboratório são os de 1/8 Watts. 𝑃 = 𝑉² 𝑅 (1) Onde V é a voltagem. O código de cores é um sistema que determina a resistência de resistores por meio da identificação do número de faixas e da cor que cada um deles possui. Dessa forma, a leitura da resistência é feita apenas com o auxílio de uma tabela de cores, como ilustrado na Figura 1. Figura 1: Código de cores para resistores A Lei de Ohm determina uma relação entre a tensão (V) e a corrente elétrica (i). Isso é feito por meio da equação: 𝑉 = 𝑅 ∗ 𝑖 (2) Quando um dispositivo obedece a essa lei é dito como ôhmico e os que não obedecem, são caracterizados como não- ôhmicos. De acordo com a Figura 2, é possível entender a diferença entre o comportamento desses dois tipos de resistores. Figura 2: À esquerda, o gráfico de um resistor ôhmico, cuja razão entre tensão e corrente é constante, enquanto à direita tem-se o gráfico de um resistor não ôhmico. Há uma gama enorme de aplicações para os resistores, e por isso, o estudo e entendimento de suas associações é tão importante. Existem dois principais tipos de associações de resistores: em série e em paralelo. A associação é dita em série quando os resistores estão em sequência (como em uma fila) em que há apenas um caminho de corrente entre os pontos analisados (Figura 3). Já uma associação em paralelo é caracterizada pela divisão proporcional da corrente entre os resistores (Figura 4). Pela Lei de Ohm, quanto maior a resistência menor a corrente Figura 3: Representação de uma Figura 4: Representação de uma associação em série associação em paralelo Quando é feita uma associação de resistores, a resistência total (resistência medida) é uma resistência equivalente dada por: 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 +⋯+ 𝑅𝑛 - Associação em série (3) 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 + 1 𝑅3 +⋯+ 1 𝑅𝑛 - Associação em paralelo (4) 2.2. Modelo experimental Materiais utilizados: - 2 resistores - 1 protoboard - 1 fonte de tensão continua (CC) - Tabela de código de cores - Multímetro - Jumpers (Fios) Parte 1 Foram observadas as sequências de cores de cada um dos resistores. Com o auxílio do Código de Cores (Figura 1), foi possível determinar suas respectivas resistências teóricas, como mostra a Tabela 1. Tabela 1: Correspondência entre faixas de cores e resistência de resistores Resistor Faixa 1 Faixa 2 Faixa 3 Faixa 4 Resistência ± Tolerância (Ω) 1 Vermelho Vermelho Vermelho Dourado 2200Ω +/- 5% 2 Marrom Vermelho Vermelho Dourado 1200Ω +/- 5% . Em seguida, calculou-se a voltagem máxima que cada resistor suportaria, utilizando a Equação 1. Adotou-se o valor de 1/8 W como a potência dissipada (P) e as resistências teóricas de cada resistor de acordo com a Tabela 1. Foram obtidos os seguintes valores, Tabela 2: Voltagem máxima de cada resistor Resistor Voltagem Máxima (V) 1 16,58 2 12,25 A partir disso, o resistor 1 foi colocado na protoboard que estava ligada a fonte de tensão e, utilizando o multímetro na função amperímetro, coletou-se os valores de corrente que passava pelo resistor a cada voltagem fornecida. O mesmo foi feito com o resistor 2. Tabela 3: Valores da corrente e voltagem de cada resistor Resistor 1 Resistor 2 Voltagem (V) Corrente (A) Voltagem (V) Corrente (A) 16,00 7,47 12,00 10,11 15,00 7,02 11,00 9,17 14,00 6,52 10,00 8,37 13,00 6,07 9,00 7,57 12,00 5,57 8,00 6,67 11,00 5,11 7,00 5,85 10,00 4,66 6,00 5,05 9,00 4,16 5,00 4,24 8,00 3,71 4,00 3,34 7,00 3,27 3,00 2,53 5,90 2,77 2,00 1,73 Parte 2 Determinou-se a resistência equivalente para um circuito em série e em paralelo com os dois resistores, usando as Equações 3 e 4. Posteriormente, foram calculadas as voltagens máximas que cada associação suportaria, utilizando a Equação 1, com P = 1/8 W. Tabela 4: Resistência Equivalente e Voltagem Máxima de cada associação Associação Resistencia Equivalente (Ω) Voltagem Máxima (V) Série 3400 20,6 Paralelo 776,47 9,8 Com os valores de voltagem máxima, foi montado, primeiramente, a associação em série na protoboard e, em seguida, coletou-se os dados da corrente que passava pela associação (com o multímetro na função amperímetro) conforme a voltagem fornecida pela fonte de tensão. O mesmo foi feito com a associação em paralelo. Tabela 5: Valores da corrente e voltagem de cada associação Associação em Série Associação em Paralelo Voltagem (V) Corrente (A) Voltagem (V) Corrente (A) 18,00 5,40 9,50 12,37 17,00 5,11 8,50 10,98 16,00 4,82 7,50 9,72 15,00 4,49 6,50 8,47 14,00 4,20 5,50 7,21 12,90 3,88 4,50 5,82 12,00 3,59 3,50 4,57 11,00 3,30 2,50 3,33 10,00 2,98 1,50 1,94 9,00 2,69 0,90 1,25 3. Resultados e Discussões Parte 1 De posse com o dados da Tabela 3, utilizando o Microsoft Excel, foi gerado um gráfico para o resistor 1 e outro para o resistor 2 (Gráfico1 e 2), e por regressão linear chegou-se aos valores de 2145,7 Ω e 1192,5 Ω, respectivamente, para suas resistências. Gráfico 1: Análise da Lei de Ohm para Gráfico 2: Análise da Lei de Ohm o Resistor 1 para o Resistor 2 Comparando com os dados lidos pelo Código de Cores, como mostra a Tabela 1, os valores foram próximos. Houve pequenas diferenças que podem ser desprezadas, já que as mesmas se encontram no intervalo da tolerância de ± 5%. Parte 2 A partir dos dados da Tabela 5, foi plotado um gráfico para cada associação (Gráfico 3 e 4), também com o auxílio do Microsoft Excel. Por regressão linear, foram obtidos os valores de resistência equivalente, sendo 3333 Ω para o circuito em série, e 769,16Ω para o circuito em paralelo. Gráfico 3: Análise da Lei de Ohm Gráfico 4: Análise da Lei de Ohm para para o circuito em série para o circuito em paralelo Com as resistências equivalentes obtidas, pode-se perceber que estão de acordo com os valores teóricos apresentados na Tabela 4. Portanto, os resultados também foram satisfatórios, apesar das diferenças que podem 4. Conclusão O experimento elaborado objetivou determinar os valores das resistências de dois resistores como sendo 2145,7 Ω para o Resistor 1, e 1192,5 Ω para o Resistor 2. A partir disso, comparar com seus valores teóricos de 2200 Ω ± 5% e 1200 Ω ± 5%, e admitir que os resultados atenderam as expectativas. Também visou-se obter as resistências equivalentes de 3333 Ω para o circuito em série, e 769,16Ω para o circuito em paralelo. E, ao conferir com os respectivos dados calculados em laboratório, de 3400 Ω e 776,47 Ω, pode-se dizer que os resultados foram satisfatórios, já que os valores são próximos. As pequenas diferenças se devem aos erros de cálculo, coleta de dados, e incerteza dos instrumentos utilizados. 5. Referências Bibliográficas [1] TIPLER, Paul Allen; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros. Vol. 2:Eletricidade e magnetismo, óptica. Grupo Gen-LTC, 2000. [2] TSUCHIDA, Jefferson Esquina &UGUCIONI; Júlio César. Apostila de Laboratório de Física III. UFLA/2017.
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