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1. Objetivos - Montar circuitos para determinar a característica tensão versus corrente de diferentes elementos resistivos. - Verificar experimentalmente a Lei de Ohm. - Distinguir condutores ôhmicos de não-ôhmicos. - Montar e verificar como funciona um divisor de tensão. 2. Material - Fonte de tensão regulável; - Resistores: R₁ (100Ω/10W), R₂ (180Ω/1W) e Rₓ (desconhecido); - Resistências R₃ e R₄ (filamento de lâmpada); - Potenciômetro (10kΩ); - Multímetro digital (dois); - Cabos (diversos). 3. Introdução Para trabalharmos circuitos simples, precisamos conhecer sobre a Lei de Ohm, que foi desenvolvida a partir de experimentos realizados por Georg Simon Ohm (1787-1854), no começo do século XIX. Nesse experimento, o físico provou que a corrente elétrica é diretamente proporcional a tensão aplicada no circuito, nesse caso, a constante de proporcionalidade é igual a resistência do material. A partir disso, surgiu a formula: 𝑼 = 𝑹 ∗ 𝒊 Onde: U = diferença de potencial (V) R = Resistência (Ω) i = corrente elétrica (A) A partir disso, foi estabelecido uma classificação de resistores, sendo eles ôhmicos e não ôhmicos. Resistores ôhmicos, seriam aqueles que respeitam a equação acima, onde o gráfico de V versus i é uma linha reta e a inclinação, o coeficiente angular, representa a resistência. Resistores não ôhmicos são resistores onde i e V não variam proporcionalmente, e assim não obedecem a lei de Ohm, por isso, nesses casos, o gráfico de V versus i, seria um exponencial. As imagens abaixo representam esses resistores: Figura 1: Resistor ôhmico Figura 2: Resistor Não-ôhmico 4. Procedimentos PROCEDIMENTO 1: Características voltagem versus corrente de diferentes elementos Primeiramente, fomos orientados a medir o valor nominal da resistência utilizada (R₁), onde obtemos o valor de: 100,3 Ω. Em seguida, montamos o circuito esquematizado na apostila, sendo o voltímetro ligado em paralelo e o amperímetro em série, sempre seguindo as orientações dadas pelo professor, e calculamos a corrente nominal máxima de acordos com as informações do manual, para assim determinamos qual escala do amperímetro deveria ser usada. Os dados obtidos foram: U = R * i, portanto: 10 = 100 * i i = 0,1 A = 100 mA A escala escolhida no amperímetro: 200mA Depois de calcular a corrente nominal, a fonte de tensão foi ligada inicialmente em 3V, sempre observando o se o valor marcado no amperímetro era condizente, e fomos orientados a medir a corrente a partir da leitura do amperímetro. O procedimento foi repetido para todos os valores da tensão da tabela abaixo: Tabela 4.1 V(volt) I (mA) 3 30,1 4 40,1 5 50,5 6 60,2 7 70,5 8 80,5 9 90,3 10 100,6 Em seguida, medimos a resistência do resistor R₂ com o amperímetro, e o valor encontrado foi: 179,7 Ω. Em seguida, no circuito montado anteriormente, substituímos R₁ por R₂. Novamente, calculamos a corrente nominal máxima para R₂ a partir do valor nominal da resistência encontrado e sabendo que a tensão máxima aplicada será de 10, para assim determinarmos o valor da escala utilizada no amperímetro. U = R * i, portanto: 10 = 179,7 * i i = 0,0561 A = 56,1 mA A escala escolhida no amperímetro: 200mA Depois de calcular a corrente nominal, a fonte de tensão foi ligada inicialmente em 3V, sempre observando o se o valor marcado no amperímetro era condizente, e fomos orientados a medir a corrente a partir da leitura do amperímetro. O procedimento foi repetido para todos os valores da tensão da tabela abaixo: Tabela 4.2 V(volt) I (mA) 3 16,8 4 22,3 5 28,0 6 33,5 7 39,1 8 44,4 9 50,0 10 55,7 Em seguida, utilizando R₃, o filamento da lâmpada, foi alterado o circuito fazendo a substituição de R₂. Como não sabíamos a resistência, para calcular a corrente esperada, colocamos uma escala alta no amperímetro de 200mA. A partir disso, medimos a corrente para cada tensão, anotadas na tabela abaixo: Tabela 12.3 V(volt) I (mA) 3 42,6 4 50,3 5 58 6 64,7 7 70,6 8 76,1 9 81,4 10 86,6 Posteriormente, repetimos o procedimento anterior substituindo R₃ por R₄. Nesse caso, também foi utilizada uma escala alta no amperímetro, pois também não tínhamos como calcular a corrente máxima, e em seguida mudamos para uma escala menor. A partir disso, medimos a corrente para cada tensão, anotadas na tabela abaixo: Tabela 4.4 V(volt) I (mA) 3 2,95 4 3,36 5 3,67 6 3,91 7 4,16 8 4,37 9 4,58 10 4,78 PROCEDIMENTO 2: Circuito divisor de tensão. Primeiramente, medimos com o ohmímetro a resistência do resistor Rₓ, e encontramos o valor de 9,93 Ω. Em seguida, montamos o circuito informado no manual com a fonte de tensão com a saída em 10V, com o resistor Rₓ e com o potenciômetro. Depois, foi ajustado o potenciômetro para obtermos determinada tensão em Rₓ, e medimos a tensão sobre o potenciômetro. Os dados obtidos estão na tabela abaixo: Tabela 4.5 Vrx (V) 9 7 5 3 Vab (V) 8,96 2,97 4,98 X 5. Questionário 1. Trace um mesmo gráfico, a tensão versus corrente elétrica para os dados das Tabelas 4.1 e 4.2 2. O que representa a declividade do gráfico da questão 1? Determine a declividade para o resistor R₁ e também para o resistor R₂. Como o gráfico apresentou ser uma reta, a declividade da reta representa seu coeficiente angular, calculado pela a razão entre variação de y e variação de x. Nesse caso, o coeficiente angular irá representar à resistência do resistor. 16,8 22,3 28 33,5 39,1 44,4 50 55,7 30,1 40,1 50,5 60,2 70,5 80,5 90,3 100,6 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 7 8 T en sã o Corrente Tensão versus Corrente - Tabelas 4.1 e 4.2 Tabela 2.2 Tabela 2.1 3. Faça o gráfico da tensão versus corrente elétrica para os dados da Tabela 4.3. Figura 4 4. Faça o gráfico da tensão versus corrente elétrica para os dados da Tabela 4.4. Figura 5 42,6 50,3 58 64,7 70,6 76,1 81,4 86,6 3 4 5 6 7 8 9 10 11 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 T en sã o Corrente Elétrica Tensão versus Corrente - Tabela 4.3 2,95 3,36 3,67 3,91 4,16 4,37 4,58 4,78 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2,5 3 3,5 4 4,5 5 T en sã o Corrente Elétrica Tensão versus Corrente - Tabela 4.4 5. Calcule a resistência da lâmpada, R₃, quando submetida à tensões 3V, 6V e 10V. 6. Qual a resistência da lâmpada, R₃, quando submetida a uma corrente de 50mA. 7. Classifique os resistores R₁, R₂, R₃ e R₄ como ôhmico ou não-ôhmico. Justifique. A partir dos gráficos das questões 1, 3 e 4 podemos classificar R₁ e R₂ como resistores ôhmicos, pois os mesmos apresentaram uma tendência linear, onde é possível calcular o coeficiente angular. Já R₃ e R₄ são considerados não-ôhmicos, visto que a sua tendência ficou exponencial, não sendo possível calcular o coeficiente angular. 8. Calcule qual seria a resistência necessária do potenciômetro usado no procedimento 2.4 para se obter uma tensão 3V sobre R₁. Utilizando um divisor de tensão, temos que: V1 = R₁ / (R₁ + P) * Ve 3 = 10k / (10k + P) * 10 P = 23,3 kΩ Vp = P / (R₁ + P) * Ve Vp = 23,3k / (23,3k +10k) * 10 Vp = 7 V P/ tensão igual a 3V temos que i = 42,6 3 = 42,6 * 10ˉ ³ * R₃ R₃ = 70,4 Ω P/ tensão igual a 6V temos que i = 64,76 = 64,7 * 10ˉ ³ * R₃ R₃ = 92,7 Ω P/ tensão igual a 10V temos que i = 86,6 10 = 86,6 * 10ˉ ³ * R₃ R₃ = 115 Ω Utilizando os valores encontrados experimentalmente para esse resistor, nota-se que quando aplicada uma tensão de 4V, temos que a corrente medida foi de 50,3 mA, sendo bem próxima de 50mA. Portanto, temos que: R= U/i= 4/50,3 * 10ˉ ³ = 79 Ω Desse, compreende-se que a resistência de R₃, quando submetida a uma corrente de intensidade 50 mA, e tensão de 4V, é igual a 79 Ω. 6. Conclusão Ao final da prática foi possível obter um maior conhecimento acerca de circuitos simples, como funcionam, e como realizar a montagem de circuitos utilizando a fonte de tensão e resistores. Também, foi possível aprender mais sobre a lei de Ohm, e trabalhar com ela diretamente, analisando a relação entre corrente e tensão. Por fim, a prática foi considerada satisfatória, sendo alguns erros ocasionados pela a dificuldade chegar a tensão exata, utilizando alguns valores bem próximos, mas as margens de erro das tensões e correntes medidas experimentalmente ficaram abaixo de 10%, de modo que foi possível validar as técnicas usadas nos procedimentos. 7. Bibliografia DIAS, Nildo Loiola. Roteiros de aulas práticas de Física. Fortaleza. 2018. UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ. Biblioteca Universitária. Guia de normalização de trabalhos acadêmicos da Universidade Federal do Ceará. Fortaleza, 2013. HALLIDAY, D., RESNICK, R., KRANE, K.S., Física. v. 4, Rio de Janeiro: LTC Ltda, 1992. Figura 1: http://ensinoadistancia.pro.br/EaD/Eletromagnetismo/LeiOhm/LeideOhm.html Acessado em: 06/12/2018 às 19:36 Figura 2: http://ensinoadistancia.pro.br/EaD/Eletromagnetismo/LeiOhm/LeideOhm.html Acessado em: 06/12/2018 às 19:36