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1 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais DFQ - Departamento de Física e Química Curso de Graduação em Engenharia Mecânica Física Experimental III - Relatório 2 Arthur Ferreira da Silva Relatório referente à aula de terça-feira, dia 07/04/2020, sobre circuitos com resistores em série e em paralelo, na disciplina de Física Experimental III, no curso de Engenharia Mecânica na Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Professor: Euzimar Marcelo Leite Contagem, 2020 2 RESUMO Os resistores comerciais são identificados pelo valor nominal de sua resistência R que é fornecido pelo fabricante, pela tolerância (erro) do valor nominal de R e por sua potência elétrica P. A conversão de energia elétrica em térmica (efeito joule) ocorre como consequência dos processos de choques dos elétrons de condução que constituem a corrente elétrica com as ondas da rede cristalina. Essa conversão de energia está presente na maioria dos dispositivos nos quais circula uma corrente elétrica. Ou seja, é um processo microscópico que não pode ser evitado, mas não se deve imaginar que os resistores na maioria dos circuitos elétricos têm como função gerar calor. Esse pode ser o caso com os elementos resistivos de aquecimento de chuveiros, fornos elétricos, etc. Entretanto, os resistores elétricos desempenham as mais variadas funções em circuitos elétricos. A função básica desses dispositivos é limitar o valor da corrente elétrica em algum ramo do circuito elétrico. Palavras-chave: Circuitos. Série. Paralelo. Resistência. 3 SUMÁRIO: 1. INTRODUÇÃO........................................................................................................ 4 2. DESENVOLVIMENTO............................................................................................ 5 2.1. OBJETIVO GERAL.............................................................................................. 5 2.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS............................................................... 5 2.3. RESULTADOS..................................................................................................... 8 3. CONCLUSÃO........................................................................................................ 10 4. REFERÊNCIAS..................................................................................................... 11 4 1. INTRODUÇÃO: Para funcionar perfeitamente, os circuitos eletrônicos necessitam de correntes e tensão de polarizações adequadas. Por esse motivo, é necessário estudar o componente que possibilitará essa adequação. O resistor é um componente eletrônico que tem a propriedade da resistência elétrica, sendo elementos de circuito que consomem esta energia, convertendo-a integralmente em energia térmica. A associação de resistores é muito comum em vários sistemas, quando queremos alcançar um nível de resistência em que somente um resistor não é suficiente. Qualquer associação de resistores será representada pelo Resistor Equivalente, que representa a resistência total dos resistores associados. Em série e em paralelo descrevem dois tipos de disposição de circuitos. Cada disposição proporciona uma forma diferente para que a eletricidade flua através de um circuito. 5 2. DESENVOLVIMENTO 2.1. OBJETIVO GERAL Sabe-se que as propriedades de um circuito (tensão, corrente elétrica, resistência equivalente) são diferentes para cada tipo de associação de resistores. Vamos verificar, nesta experiência: • Verificar que no circuito em série: I. A tensão elétrica V em cada resistor é diferente para diferentes valores das resistências; II. A corrente elétrica i que circula em cada resistor é igual III. A resistência equivalente é a soma das resistências elétricas individuais. • Verificar que no circuito em paralelo: I. A tensão elétrica 𝜀 em cada resistor é de igual valor II. A corrente elétrica i que circula em cada resistor é diferente para diferentes valores das resistências III. O inverso da resistência equivalente é igual à soma dos inversos das resistências individuais. 2.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Observação: Todos os materiais foram utilizados através da internet, pela ferramenta Virtual Lab, fornecida pelo professor através da aula virtual. Materiais utilizados: Uma fonte de corrente contínua Voltímetro Amperímetro Um resistor de 5 Ω Um resistor de 10 Ω Um resistor de 15 Ω 6 MONTAGEM: • Circuito em série 1. Anote os valores nominais de seus resistores. R1= 5 Ω R2= 10 Ω R3= 15 Ω 2. Monte o circuito esquematizado abaixo. Figura 1: Circuito elétrico com três resistores ligados em série. 3. Verifique o valor a força eletromotriz da fonte e meça a tensão 𝑉1 entre os pontos a e b, 𝑉2 entre os pontos b e c e 𝑉3 entre os pontos c e d. 4. Interrompa o circuito nos pontos a, b, c e d, e meça a corrente que circula nos pontos indicados. Os valores medidos devem ser iguais de acordo com a lei de conservação da carga elétrica. 5. Verifique se a potência elétrica P fornecida pela fonte de tensão é igual à soma das potências elétricas P1, P2 e P3 dissipada nos resistores R1, R2 e R3, respectivamente. 6. Calcule, a partir das tensões e da corrente medida, o valor de cada resistência. 7. Compare os valores acima para as resistências elétricas com os valores nominais. 7 • Circuito em paralelo 1. Monte o circuito esquematizado abaixo. Figura 2: Circuito elétrico com três resistores ligados em paralelo. 2. Meça a tensão V entre os pontos a e b, 𝑉1 entre os pontos a1 e b1, 𝑉2 entre os pontos a2 e b2 e 𝑉3 entre os pontos a3 e b3. 3. Interrompa o circuito nos pontos a, a1, a2 e a3, e meça a corrente elétrica que circula nos pontos indicados 4. Verifique se a potência elétrica P fornecida pela fonte de tensão é igual à soma das potências elétricas P1, P2 e P3 dissipada nos resistores R1, R2 e R3, respectivamente. 5. Calcule, a partir das tensões e da corrente medida, o valor de cada resistência. 6. Compare o valor da resistência equivalente calculada no item 5 com o valor obtido substituindo os valores nominais na equação (5). 8 2.3. RESULTADOS • A partir do experimento do circuito em série foram obtidos os seguintes resultados: Figura 3: Esquema em série feito através da ferramenta Virtual Lab. SEÇÃO TENSÃO (V) CORRENTE (A) a-b 0,99 0,19 b-c 2,02 0,19 c-d 2,87 0,19 a-d 5,88 0,19 Tabela 1: Valores encontrados utilizando voltímetro e amperímetro Utilizando os valores da tabela, foi calculada a potência empírica através da fórmula 𝑃 = 𝑉 ∗ 𝑖 e a resistência empírica através da fórmula 𝑅 = 𝑖 𝑉 , aonde foram encontrados os seguintes valores: Tabela 2: Valores calculados através da tabela 1 Com a finalidade de verificar os resultados da prática com os valores nominais da teoria, foi realizado um estudo comparativo. Sabe-se que no circuito em série a resistência total é igual ao somatório de todas as resistências, logo, a resistência total teórica é de Rtt = 30 Ω. Como a tensão fornecida foi de 6V, através da fórmula 𝑉 = 𝑅. 𝑖 tem-se que a corrente total teórica é de 𝑖𝑡𝑡 = 0,2 𝐴. SEÇÃO RESISTENCIA (Ω) POTENCIA (W) a-b 5,21 0,19 b-c 10,63 0,40 c-d 15,10 0,54 a-d 30,95 1,1172 a b c d 9 SEÇÃO TENSÃO (V) a-b 5,73 a1-b1 5,50 a2-b2 5,37 a3-b3 5,33 Além disso, para calcular a potência total teórica, foi utilizada a fórmula 𝑃 = 𝑉² 𝑅 , aonde encontrou-se que a 𝑃𝑡𝑡 = 1,2 𝑊. Tabela 3: Valoresteóricos para o circuito em série • A partir do experimento do circuito em série foram obtidos os seguintes resultados: Figura 4: Esquema em paralelo feito através da ferramenta Virtual Lab. Tabela 4: Valores encontrados utilizando o voltímetro Tabela 5: Valor da corrente encontrado com amperímetro e valores calculados para resistência e potência SEÇÃO TENSÃO (V) CORRENTE (A) RESISTENCIA (Ω) POTENCIA (W) a-b 1,0 0,20 5,0 0,2 b-c 2,0 0,20 10,0 0,4 c-d 3,0 0,20 15,0 0,6 a-d 6,0 0,20 30 1,2 SEÇÃO CORRENTE (A) RESISTENCIA (Ω) POTENCIA (W) a1-b1 1,09 5,05 6,00 a2-b2 0,53 10,13 2,85 a3-b3 0,35 15,23 1,87 1,97 2,76 10,71TOTAL a b a1 b1 a2 a3 b2 b3 10 SEÇÃO TENSÃO (V) a-b 6 a1-b1 6 a2-b2 6 a3-b3 6 SEÇÃO CORRENTE (A) RESISTENCIA (Ω) POTENCIA (W) a1-b1 1,2 5,00 7,20 a2-b2 0,6 10,00 3,60 a3-b3 0,4 15,00 2,40 2,2 2,73 13,20TOTAL Novamente, com a finalidade de verificar os resultados da prática com os valores nominais da teoria, foi realizado um estudo comparativo. Sabe-se que no circuito em paralelo a resistência total é calculada por 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 + ⋯ + 1 𝑅𝑛 , logo, substituindo os valores, tem-se que a resistência total teórica é de Rtt = 2,73 Ω. Calculando os diferentes valores da corrente para cada resistência, obteve-se que o valor da corrente total teórica foi de itt = 2,2 A. Além disso, foi encontrada a potência para cada resistência, encontrando a potência total teórica de Ptt = 13,20 W. Tabela 6: Valores teóricos para tensão no circuito em paralelo Tabela 7: Valores teóricos para o circuito em paralelo 3. CONCLUSÃO Conclui-se que a montagem de um circuito depende de sua finalidade e que cada um possui uma particularidade. Conclui-se também que há diferença entre os valores da prática e os valores teóricos visto que na teoria, não há consideração da resistividade do fio. Além disso, constata-se que os princípios de associação de resistores são aplicáveis na pratica laboratorial e verificamos que o estudo das propriedades de associação de resistores contribui para o melhor entendimento de conceitos de tensão e corrente elétrica, potência e leis de ohm. Analisando os resultados, dispõe-se que o objetivo do experimento foi cumprido, apresentando baixos valores de desvio e erro, tornando o experimento satisfatório para o estudo dos conceitos físicos abordados. 11 4. REFERÊNCIAS [1] Caderno de Atividades de Laboratório de Física Geral 3 - Eletromagnetismo.
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