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Universidade Federal do Oeste do Pará Licenciatura Integrada em Matemática e Física 2015 Laboratório de Física III José Francisco de Oliveira Sunbulat RESISTOR NÃO ÔHMICO Orientador: Prof. Dr. Carlos J. Freire Santarém – 2018.1 Introdução As medidas da resistência que um material impõe a passagem de corrente, e mesmo sua resistividade, depende da temperatura 𝑡. Nos metais, o aumento da temperatura leva ao aumento da resistência. Há substâncias em que o aumento da temperatura implica na queda das resistências e outros que independem dessas variações. Figura 1 - Variação da resistência elétrica R em função da temperatura t. Essa relação pode ser expressa, para pequenas variações de temperatura, na forma 𝑅 = 𝑅0[1 + 𝛼(𝑡 − 𝑡0)], em que 𝛼 corresponde ao coeficiente de temperatura, dependente apenas do material. Uma aproximação para variações mais acentuadas de temperatura requer a inserção de um tempo quadrático. Para 𝑡0 = 0, a expressão fica 𝑅 = 𝑅0(1 + 𝛼𝑡 + 𝛽𝑡 2). Em grande parte dos problemas que envolvem resistência de uma lâmpada incandescente considera-se a hipótese de que sua resistência é sempre constante, o que não acontece no mundo real. Ao ascender, o filamento de tungstênio da lâmpada atinge temperaturas elevadas, liberando energia na forma de calor e fazendo com que a resistência passe a variar em função da temperatura. Assim, é de se esperar que em um circuito que contenha uma lâmpada incandescente a razão 𝑉/𝑖 não seja constante, isto é, em essência, este equipamento não funciona como um resistor ôhmico. Objetivo Mostrar que uma lâmpada não funciona como um resistor ôhmico através da relação VxI. Materiais 01 lâmpada (2,7V / 150mA); 03 multímetros; 01 fonte de tensão variável e 01 resistência de 110Ω. Metodologia O circuito foi montado com os seguintes componentes: 01 lâmpada (2,7V / 150mA); 03 multímetros; 01 fonte de tensão variável e 01 resistência de 110Ω. Com esses componentes foi montado o circuito a baixo, figura 2. Figura 2 – Circuito da experiência. A fonte de tensão foi ligada com regulagem a partir de V=0. Variando-se a fonte de tensão, obteve-se as medidas da corrente no amperímetro, além da ddp nos terminais da resistência R e da lâmpada, conforme indicado na figura 2. Tomou-se 14 pares de medidas, conforme apresentado na seção a seguir. De posse das medidas comparou-se, visualmente, a relação 𝑉 × 𝐼. Resultados e Discussões Conforme dito na metodologia deste trabalho mediu-se a ddp na lâmpada e na resistência R, além da corrente no circuito 𝑖 no circuito – apresentados na tabela 1. Tabela 1 - Medidas de tensão e corrente. Corrente (mA) ddp (V) lâmpada ddp (V) resistor ôhmico 7,8 0,07 0,94 15,4 0,15 1,85 22,9 0,23 2,76 30,7 0,33 3,68 37,1 0,49 4,42 43,6 0,72 5,18 56,5 1,16 6,68 63,3 1,41 7,46 69,4 1,66 8,16 76,3 2,00 8,88 82,3 2,23 9,56 88,8 2,51 10,28 94,6 2,82 10,88 100,6 3,15 11,49 106,9 3,50 12,18 112,9 3,86 12,78 Observa-se que a relação 𝑉 × 𝐼 do resistor é aproximadamente linear, ou seja, 𝑉/𝐼 é constante. Assim, pode-se dizer que o resistor utilizado é dito ôhmico. Figura 3 - Gráfico de dispersão da tensão em função da corrente num resistor. Uma regressão linear 𝑦 = 𝑎𝑥, com os seis primeiros pares de medidas de corrente e tensão permite, com bastante precisão, estimar o valor da resistência deste resistor. 0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 120 T en sã o ( V ) Corrente (mA) Resistor hômico Figura 4 – Regressão y=ax (b compatível com zero) para determinação da resistência elétrica. Por outro lado, o gráfico de dispersão 𝑉 × 𝐼 para o caso da lâmpada não mostra um comportamento linear devido à variação de temperatura, já citado no início deste trabalho (figura 5). Figura 5 - Gráfico de dispersão da tensão em função da corrente numa lâmpada. Neste caso um ajuste linear não fornece resultados precisos da resistência. Outros métodos de ajustes, como uma aproximação para uma polinomial de grau 2, podem proporcionar resultados mais conclusivos. Essa análise não está no escopo deste trabalho. Conclusão R² = 0,9999 r = (119,35±0,27) Ω 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 0 0,01 0,02 0,03 0,04 T en sã o ( V ) Corrente (A) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0 20 40 60 80 100 120 T en sã o ( V ) Corrente (mA) Lâmpada O experimento mostrou que conforme aumenta-se a diferença de potencial nos terminais da lâmpada, mais elevada se torna sua resistência elétrica. Isso ocorre porque o efeito Joule é o princípio de funcionamento das lâmpadas deste tipo, o qual prevê que parte da energia recebida seja dissipada na forma de calor. Portanto, as lâmpadas incandescentes não apresentam, como componentes resistivos de um circuito, uma relação linear de V(I), o que as caracterizam como resistores não ôhmicos. Referências HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física 3. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
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