IPLEE - Exp 03 Circuitos resistivos serie paralelo e misto v1

Prévia do material em texto

UTFPR CT * DAELN & DAINF * Engenharia da Computação * IPLEE 
 
Prática 3 – Circuitos Resistivos Série, Paralelo e Mistos 
 
Prof. Cesar / Bertoldo / Valmir : material do prof. Raul Friedmann Página 1 
EXPERIÊNCIA 03 – CIRCUITOS RESISTIVOS SÉRIE, PARALELO E MISTO 
 Antes de apresentar o resumo do resumo da teoria, é importante observar que, nesta 
experiência, vamos comprovar experimentalmente parte do conteúdo de Eletricidade que faz parte 
da Física do Ensino Médio: a Lei de Ohm (relação entre tensão, corrente e resistência elétrica) e os 
princípios de Kirchhoff (relação entre as tensões e correntes em circuitos elétricos). Os circuitos 
propostos são essencialmente do mesmo grau de dificuldade de exercícios comumente encontrados 
nos respectivos livros (com a diferença que usaremos valores comerciais de resistores da série E24 
em vez de “valores redondos” relativamente comuns em exercícios do Ensino Médio). Então, a 
princípio, o aluno deve ser capaz de calcular todas as tensões, correntes e potências indicadas nos 
procedimentos. 
 Caso não tenha visto este conteúdo, não tem problema. Para ser mais exato, tem 
problema sim, mas tem solução: “O Mundo gira e aluno se vira!” – ele já está num curso de 
Engenharia com grande peneira de entrada e, com certeza, não é nada que um ou dois dias de estudo 
assertivo, ajuda de um colega ou consulta ao Google não resolvam. Isto posto, como diria o Arnaldo, 
“segue o jogo”. 
 
RESUMO DO RESUMO DA TEORIA (Ver folha com os desenhos dos procedimentos 1 a 5) 
 Segundo a Wikipedia em português, “Um circuito elétrico é a ligação de elementos elétricos, 
tais como resistores, indutores, capacitores, diodos, linhas de transmissão, fontes de tensão, 
fontes de corrente e interruptores, de modo que formem pelo menos um caminho fechado 
para a corrente elétrica.” 
 Doravante, nesta experiência, trataremos apenas de circuitos contendo resistores e uma 
única fonte de tensão contínua, 
 Num circuito resistivo série a corrente é igual em todos os elementos e a soma das tensões 
em cada resistor é igual à tensão da fonte. 
 Num circuito resistivo paralelo a tensão é igual em todos os elementos e a soma das 
correntes em cada resistor é igual à corrente da fonte. 
 Um voltímetro é ligado em paralelo ao elemento de circuito onde se mede a tensão. Isto 
porque “em paralelo a tensão é a mesma”. 
 Um amperímetro é ligado em série com o elemento de circuito onde se mede a corrente1. Isto 
porque “em série a corrente é a mesma”. 
 A resistência elétrica de um voltímetro ideal é infinita – o que equivale a dizer que ele se 
comportaria como um circuito aberto e que, portanto, não alteraria o comportamento do 
circuito onde se mede a tensão. 
 A resistência elétrica de um amperímetro ideal é zero – o que equivale a dizer que ele se 
comportaria como um curto-circuito e que, portanto, não alteraria o comportamento do 
circuito onde se mede a corrente. 
 
1Na verdade, nem sempre. Existem os chamados amperímetros alicates, que permitem medir a corrente elétrica sem 
interromper o circuito, desde que seja possível envolver o condutor com uma garra que se abre e “enlaça” o mesmo. 
Isto é uma grande facilidade em instalações elétricas prediais e industriais, onde, tipicamente, é comum a medição de 
correntes elevadas (dezenas ou centenas de amperes) em circuitos alimentados que, simplesmente, não podem e nem 
devem ser interrompidos. Os amperímetros-alicate para corrente alternada são baseados em indução magnética e os 
amperímetros-alicate para corrente contínua são baseados no efeito Hall. 
UTFPR CT * DAELN & DAINF * Engenharia da Computação * IPLEE 
 
Prática 3 – Circuitos Resistivos Série, Paralelo e Mistos 
 
Prof. Cesar / Bertoldo / Valmir : material do prof. Raul Friedmann Página 2 
 Num MULTÍMETRO DIGITAL, nas funções VDC ou ADC precisamos nos 
preocupar apenas com a “ORDEM DE GRANDEZA” da tensão ou corrente 
envolvida. Um sinal de – à frente indicação numérica indica que, na verdade, a polaridade 
da tensão ou o sentido da corrente são o contrário ao indicado pelas pontas de prova. 
 Num MULTÍMETRO ANALÓGICO, nas funções VDC ou ADC precisamos nos 
preocupar com a POLARIDADE E com a “ORDEM DE GRANDEZA” da tensão 
ou corrente envolvida. Por segurança, convém começar com escalas de alcance elevado 
e, se o ponteiro tende a se mover para a esquerda, temos de “inverter as pontas de prova 
no circuito” e “inserir mentalmente o sinal de – na indicação do ponteiro”. 
 Analisar um circuito resistivo significa determinar a tensão e a corrente em cada um 
dos seus elementos. 
 A análise de circuitos elétricos é baseada na (1) Lei de Kirchhoff das Tensões e na (2) 
Lei de Kirchoff das Correntes. 
 Em inglês, KVL é a sigla de Kirchhoff Voltage Law e, de modo semelhante, KCL é a 
sigla de Kirchhoff Current Law. 
 KFC é a sigla de Kentucky Fried Chicken, que não tem nada a ver com KVL e KCL. 
 A maioria dos circuitos resistivos pode ser analisada substituindo-se (a) resistores em 
paralelo por um resistor equivalente e (b) resistores em série por outro resistor equivalente. 
Isto é feito recursivamente até a (c) determinação da resistência total equivalente (do ponto 
de vista da fonte de alimentação, o que permite calcular (d) calcular a corrente total 
fornecida pelo fonte. 
 Maioria dos circuitos não significa todos. Mas os 5 circuitos desta experiência podem ser 
analisados desta forma, (Se você não sabe fazer isto ainda, releia os dois primeiros 
parágrafos da página anterior…) 
 Existem arranjos de resistores que não são nem ligação em série e nem ligação em paralelo 
– por exemplo, 3 resistores ligados em estrela2 ou em triângulo3. Porém a análise deste 
tipo de arranjo foge ao escopo desta experiência. 
 
 
 
2Também chamada de ligação Y. 
 
3Também chamada de de ligação em delta (do grego, D). 
UTFPR CT * DAELN & DAINF * Engenharia da Computação * IPLEE 
 
Prática 3 – Circuitos Resistivos Série, Paralelo e Mistos 
 
Prof. Cesar / Bertoldo / Valmir : material do prof. Raul Friedmann Página 3 
PROCEDIMENTO 1 – CIRCUITO RESISTIVO SÉRIE 
1.1 Com base nos valores nominais da tensão da fonte de alimentação e dos resistores, calcular a 
tensão, corrente e a potência dissipada em cada resistor do circuito proposto e comparar com os 
respectivos valores medidos. Idem para a tensão, corrente e potência fornecidas pela fonte. No uso 
do multímetro, em cada função, se possível, usar sempre a mesma escala (por exemplo função VDC, 
escala 20V) e registrá-la no item 1.3. 
 
VALORES NOMINAIS E VALORES CALCULADOS DE TENSÃO, CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
12,00 
 
VALORES MEDIDOS DE TENSÃO CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
 
* Potência medida indiretamente (produto da respectiva tensão pela respectiva corrente). 
 
1.2 Com a FONTE DE ALIMENTAÇÃO DESCONECTADA, medir a resistência total equiva-
lente do circuito e comparar com o respectivo valor teórico calculado. 
RT equivalente 
Calculada (Ω) Medida (Ω) Diferença (Ω) Diferença (%) 
 
 
1.3 Instrumento utilizado nas medições de tensão, corrente e resistência. 
Instrumento Marca Modelo Função Escala utilizada 
 
VDC 
ADC 
Ω 
UTFPR CT * DAELN & DAINF * Engenharia da Computação * IPLEE 
 
Prática 3 – Circuitos Resistivos Série, Paralelo e Mistos 
 
Prof. Cesar / Bertoldo / Valmir : material do prof. Raul FriedmannPágina 4 
PROCEDIMENTO 2 – CIRCUITO RESISTIVO PARALELO 
2.1 Com base nos valores nominais da tensão da fonte de alimentação e dos resistores, calcular a 
tensão, corrente e a potência dissipada em cada resistor do circuito proposto e comparar com os 
respectivos valores medidos. Idem para a tensão, corrente e potência fornecidas pela fonte. No uso 
do multímetro, em cada função, se possível, usar sempre a mesma escala (por exemplo função VDC, 
escala 20V) e registrá-la no item 2.3. 
 
VALORES NOMINAIS E VALORES CALCULADOS DE TENSÃO, CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
12,00 
 
VALORES MEDIDOS DE TENSÃO CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
 
* Potência medida indiretamente (produto da respectiva tensão pela respectiva corrente). 
 
2.2 Com a FONTE DE ALIMENTAÇÃO DESCONECTADA, medir a resistência total equiva-
lente do circuito e comparar com o respectivo valor teórico calculado. 
RT equivalente 
Calculada (Ω) Medida (Ω) Diferença (Ω) Diferença (%) 
 
 
2.3 Instrumento utilizado nas medições de tensão, corrente e resistência. 
Instrumento Marca Modelo Função Escala utilizada 
 
VDC 
ADC 
Ω 
UTFPR CT * DAELN & DAINF * Engenharia da Computação * IPLEE 
 
Prática 3 – Circuitos Resistivos Série, Paralelo e Mistos 
 
Prof. Cesar / Bertoldo / Valmir : material do prof. Raul Friedmann Página 5 
PROCEDIMENTO 3 – CIRCUITO RESISTIVO MISTO (série + paralelo) 
3.1 Com base nos valores nominais da tensão da fonte de alimentação e dos resistores, calcular a 
tensão, corrente e a potência dissipada em cada resistor do circuito proposto e comparar com os 
respectivos valores medidos. Idem para a tensão, corrente e potência fornecidas pela fonte. No uso 
do multímetro, em cada função, se possível, usar sempre a mesma escala (por exemplo função VDC, 
escala 20V) e registrá-la no item 3.3. 
 
VALORES NOMINAIS E VALORES CALCULADOS DE TENSÃO, CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
12,00 
 
VALORES MEDIDOS DE TENSÃO CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
 
* Potência medida indiretamente (produto da respectiva tensão pela respectiva corrente). 
 
3.2 Com a FONTE DE ALIMENTAÇÃO DESCONECTADA, medir a resistência total equiva-
lente do circuito e comparar com o respectivo valor teórico calculado. 
RT equivalente 
Calculada (Ω) Medida (Ω) Diferença (Ω) Diferença (%) 
 
 
3.3 Instrumento utilizado nas medições de tensão, corrente e resistência. 
Instrumento Marca Modelo Função Escala utilizada 
 
VDC 
ADC 
Ω 
UTFPR CT * DAELN & DAINF * Engenharia da Computação * IPLEE 
 
Prática 3 – Circuitos Resistivos Série, Paralelo e Mistos 
 
Prof. Cesar / Bertoldo / Valmir : material do prof. Raul Friedmann Página 6 
PROCEDIMENTO 4 – CIRCUITO RESISTIVO MISTO (paralelo + série) 
4.1 Com base nos valores nominais da tensão da fonte de alimentação e dos resistores, calcular a 
tensão, corrente e a potência dissipada em cada resistor do circuito proposto e comparar com os 
respectivos valores medidos. Idem para a tensão, corrente e potência fornecidas pela fonte. No uso 
do multímetro, em cada função, se possível, usar sempre a mesma escala (por exemplo função VDC, 
escala 20V) e registrá-la no item 4.3. 
 
VALORES NOMINAIS E VALORES CALCULADOS DE TENSÃO, CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
12,00 
 
VALORES MEDIDOS DE TENSÃO CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
 
* Potência medida indiretamente (produto da respectiva tensão pela respectiva corrente). 
 
4.2 Com a FONTE DE ALIMENTAÇÃO DESCONECTADA, medir a resistência total equiva-
lente do circuito e comparar com o respectivo valor teórico calculado. 
RT equivalente 
Calculada (Ω) Medida (Ω) Diferença (Ω) Diferença (%) 
 
 
4.3 Instrumento utilizado nas medições de tensão, corrente e resistência. 
Instrumento Marca Modelo Função Escala utilizada 
 
VDC 
ADC 
Ω 
UTFPR CT * DAELN & DAINF * Engenharia da Computação * IPLEE 
 
Prática 3 – Circuitos Resistivos Série, Paralelo e Mistos 
 
Prof. Cesar / Bertoldo / Valmir : material do prof. Raul Friedmann Página 7 
PROCEDIMENTO 5 – CIRCUITO RESISTIVO MISTO (tipo ponte) 
5.1 Com base nos valores nominais da tensão da fonte de alimentação e dos resistores, calcular a 
tensão, corrente e a potência dissipada em cada resistor do circuito proposto e comparar com os 
respectivos valores medidos. Idem para a tensão, corrente e potência fornecidas pela fonte. No uso 
do multímetro, em cada função, se possível, usar sempre a mesma escala (por exemplo função VDC, 
escala 20V) e registrá-la no item 5.3. 
 
VALORES NOMINAIS E VALORES CALCULADOS DE TENSÃO, CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) 
12,00 
 
VALORES MEDIDOS DE TENSÃO CORRENTE E POTÊNCIA 
Resistor Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
R1 – 1kΩ 
R2 – 2,2kΩ 
R3 – 3,3kΩ 
R4 – 4,7kΩ 
Fonte de alimentação 
Tensão (V) Corrente (mA) Potência (mW) * 
 
* Potência medida indiretamente (produto da respectiva tensão pela respectiva corrente). 
 
5.2 Com a FONTE DE ALIMENTAÇÃO DESCONECTADA, medir a resistência total equiva-
lente do circuito e comparar com o respectivo valor teórico calculado. 
RT equivalente 
Calculada (Ω) Medida (Ω) Diferença (Ω) Diferença (%) 
 
 
5.3 Instrumento utilizado nas medições de tensão, corrente e resistência. 
Instrumento Marca Modelo Função Escala utilizada 
 
VDC 
ADC 
Ω 
QUESTIONÁRIO 
1. O que significa a expressão “série E24” mencionada no primeiro parágrafo do roteiro desta 
experiência? Existem séries similares? Quem define estas séries? Por que? O E24 tem algo a 
ver com jogo do bicho? O que isto significa, segundo o Tadeu Schmidt? 
UTFPR CT * DAELN & DAINF * Engenharia da Computação * IPLEE 
 
Prática 3 – Circuitos Resistivos Série, Paralelo e Mistos 
 
Prof. Cesar / Bertoldo / Valmir : material do prof. Raul Friedmann Página 8 
2. Qual a finalidade principal do procedimento 1? 
3. Qual a finalidade principal do procedimento 2? 
4. No procedimento 2 qual a relação mais objetiva da corrente IC com a(s) corrente(s) IS, IR1, 
IR2, IR3, IR4? Por que? Idem para as correntes IB e IA. 
5. Por que nos procedimentos 3, 4 e 5 não se observa a relação VS = VR1 + VR2 + VR3 + VR4 
e nem a relação IS = IR1 + IR2 + IR3 + IR4? 
6. Em todos os 5 procedimentos desta experiência, sem exceção, a soma das potências nos quatro 
resistores (a menos de erros de arredondamento) deve ser exatamente igual à potência 
associada à fonte. Por que? O que significa isto em termos físicos? 
7. Em todos os 5 procedimentos, a potência foi medida indiretamente. Explique como eo porquê. 
8. Seria possível, em cada procedimento, medir indiretamente o valor das resistências R1, R2, 
R3, R4? Justifique sua resposta. 
9. Idem para a resistência total equivalente do circuito (RT). 
10. Qual dos 5 circuitos propostos teria seu comportamento alterado se todos os resistores forem 
montados invertidos? 
11. O que aconteceria com as tensões, correntes e potências em cada circuito se a fonte de 
alimentação fosse ligada ao circuito com os seus terminais – e + invertidos? Por que? 
12. Suponha que, genericamente falando, a diferença entre as tensões e correntes medidas em 
cada resistor (em relação aos valores calculados) fosse em torno de 3%. A princípio, quem 
seria “o principal suspeito”? A fonte, os resistores ou o multímetro? Por que? 
13. Teria muito sentido “abrir uma investigação” se as diferenças forem em torno de 1%? Por 
que? 
14. O que significar a expressão resistor 2k2 5% ¼ W? 
15. Demonstre que num resistor a potência também pode ser calculada pela fórmula P = V2/R ou 
por P = R.I2. 
16. Um resistor de 68k ¼W pode ser ligado diretamente à rede de 127VAC por tempo 
indeterminado? Por que? E um resistor de 100k ¼W?