Relatorio 2 - lineares e nao lineares - Fisica Experimental III

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Elementos resistivos lineares e não lineares.
 
Universidade Estadual de Maringá
Centro de Ciências Exatas Departamento de Física 
Elementos resistivos lineares e não lineares.	
Relatório de Física Experimental III	
	Acadêmicos:	José Pedro Costa Valério, ra: 110071;	Vicente Neto Campos Giovinazzo, ra:115825;	Curso/Turma: Engenharia de Produção – Confecção Industrial / 34.	Professor: Marlon Ivan Valério Cuadros.	
Maringá, 30 de Agosto de 2020.
Elementos resistivos lineares e não lineares.
Relatório de Física Experimental III
1 - Introdução
Algumas substâncias apresentam variação de resistência tão pequena que, dentro de limites, têm resistências praticamente constantes, sendo usadas na fabricação de resistores. Em geral a resistência elétrica dos materiais aumenta quando há a elevação da temperatura. O carvão, o vidro, o quartzo, a grafita e a porcelana são exceções; suas resistências diminuem quando a temperatura aumenta e vice-versa. O comportamento dos materiais quando submetidos a eletricidade é de suma importância, de modo que os objetivos deste trabalho são distinguir elementos resistivos lineares de não lineares, através de determinação experimental de suas curvas características e analisar a dependência da variação da resistência com a temperatura e iluminação para resistores de tungstênio, NTC e LDR.
2 - Fundamentação Teórica
 A resistência elétrica de um corpo pode ser medida aplicando uma diferença de potencial entre seus extremos, gerando assim uma corrente entre os polos, podendo-se calcular sua resistência através da lei de Ohm: 
(2.1)
No qual (V) é a tensão aplicada nos extremos do condutor e (i) a intensidade de corrente gerada que atravessa o condutor. Quando a razão V/i é uma constante, então o resistor obedece à lei de Ohm, mas nem sempre a resistência vai ser constante, ela pode variar, nos resistores cuja relação entre V e i não é linear, estes são chamados resistores não ôhmicos. Um exemplo de resistor não ôhmico é a lâmpada incandescente. Os dois gráficos abaixo mostram a diferença entre um resisto rôhmico e um não ôhmico. 
 
a) RESISTOR (TERMISTOR) NTC 
O NTC é um componente resistivo que responde com uma diminuição do valor ôhmico à medida que a temperatura se eleva (coeficiente negativo de temperatura), enquanto que o PTC possui característica inversa, responde com um aumento do valor ôhmico à medida que a temperatura se eleva (coeficiente positivo de temperatura). Para o PTC a resistência sobe junto com a temperatura, o NTC comporta-se de maneira contrária. 
b) RESISTORES VDR 
Certos resistores apresentam variação da resistência devido a diferentes tensões que lhes são aplicadas, este resistor é denominado VDR (Voltage Dependent Resistor), ou ainda conhecido como varistor. Os varistores estão sempre associados à proteção de fontes e circuitos de alimentação, pois seu funcionamento se baseia na forte condução, ou seja, na queda brusca da resistência com o aumento da tensão.
c) CÉLULA FOTO RESISTIVA LDR 
Resistor dependente da luz, ou LDR, varia sua resistência elétrica de acordo com a quantia de luz que incide sobre ele. Na escuridão, um LDR tem uma resistência muito alta e assim impede a corrente de fluir em um trecho do circuito. Na luz, porém, a resistência é muito mais baixa e isso permite o fluxo de boa intensidade de corrente num certo trecho do circuito. Passando o LDR do escuro total para uma região de certa iluminação, verifica-se uma variação de resistência mais rápida, decrescendo com grande velocidade (cerca de 10ms para passar de 1M ohms para 1000 ohms). Uma característica importante do LDR é o fato da variação de sua resistência frente a uma variação de iluminação independe do sentido de percurso da corrente que por ele circula. Existem LDR para potências altas e tensões de trabalho tão elevadas que podemos inclusive utiliza-las diretamente com a tensão da rede AC. Por isso, é perfeitamente possível o seu emprego em corrente alternada. A relação entre a resistência elétrica e a intensidade da luz incidente no LDR, pode ser expressa por:
(2.2)
Sendo R a resistência em (Ω), L o fluxo luminoso sobre a área do LDR em “lux”, R0 e α constantes sendo α< 0.
3 - Método de Investigação
3.1. Materiais Utilizados 
Fonte de tensão DC, multímetros, resistor de porcelana, lâmpada 12V, NTC, LDR, cabos e jacarés, termômetro, sistema com NTC e sistema com LDR. 
3.2. Procedimentos 
a) Resistor de porcelana 
Mediu-se a resistência do resistor, após montou-se o circuito. Variou-se a tensão de saída na fonte de 2,0V em 2 ,0V até 20V, anotando a respectiva corrente em uma tabela V x i. 
b) Filamento metálico da lâmpada 
Substituiu-se o resistor de porcelana pela lâmpada de 12V, variando então a tensão de 1,0V, começando de 0,0V até 10,0V, anotando os resultados em uma tabela V x i. 
c) Resistor NTC
 Inseriu-se o termômetro no sistema com o NTC, ligando as extremidades do NTC ao ohmímetro e anotando o valor da resistência. Mediu-se também a temperatura inicial. Ligou-se o aquecedor a um a rede que fornece corrente alternada, anotando o valor da resistência do NTC de 2,0ºC em 2,0ºC, até atingir 70,0ºC. 
d) Foto resistor LDR 
Ligou-se uma fonte DC que fornece corrente contínua a uma tensão de 3,0 V, afastou-se a fonte de luz da foto resistor de 0,5 cm em 0,5 cm, até 11 cm e anotaram-se os resultados numa tabela R x d.
 
4 - Resultados
Tabela 4.1 – Dados experimentais de tensão versus corrente, utilizando-se um resistor de valor nominal (18 x 102 ± 5%)Ω.
	(V ± ΔV) V
	(i ± Δi) mA
	(Rcalc ± δ) Ω
	0,2070 ± 0,0001
	2,06 ± 0,01
	0,1004
	0,4094 ± 0,0001
	4,08 ± 0,01
	0,1003
	0,6012 ± 0,0001
	5,98 ± 0,01
	0,1005
	0,8041 ± 0,0001
	8,01 ± 0,01
	0,1003
	1,0051 ± 0,0001
	10,01 ± 0,01
	0,1004
	1,509 ± 0,001
	15,04 ± 0,01
	0,1003
	2,009 ± 0,001
	20,04 ± 0,01
	0,1002
	2,513 ± 0,001
	25,07 ± 0,01
	0,1002
	3,003 ± 0,001
	29,99 ± 0,01
	0,1001
	3,497 ± 0,001
	34,97 ± 0,01
	0,1000
	3,997 ± 0,001
	39,98 ± 0,01
	0,0999
	4,510 ± 0,001
	45,22 ± 0,01
	0,0997
	5,019 ± 0,001
	50,38 ± 0,01
	0,0996
Tabela 4.2 – Dados experimentais de tensão versus corrente utilizando-se uma lâmpada de 12 Volts.
	(V ± ΔV) V
	(i ± Δi) mA
	(Rcalc ± δ) Ω
	0,2060 ± 0,0001
	29,32 ± 0,01
	0,0070
	0,4006 ± 0,0001
	37,74 ± 0,01
	0,0106
	0,6064 ± 0,0001
	44,29 ± 0,01
	0,0136
	0,8051 ± 0,0001
	50,25 ± 0,01
	0,0160
	1,0245 ± 0,0001
	56,36 ± 0,01
	0,0181
	1,5064 ± 0,0001
	68,72 ± 0,01
	0,0219
	2,016 ± 0,001
	80,06 ± 0,01
	0,0251
	2,508 ± 0,001
	90,31 ± 0,01
	0,0277
	3,049 ± 0,001
	100,75 ± 0,01
	0,0302
	3,505 ± 0,001
	109,07 ± 0,01
	0,0321
	4,006 ± 0,001
	117,76 ± 0,01
	0,0340
	4,514 ± 0,001
	126,09 ± 0,01
	0,0357
	5,017 ± 0,001
	134,01 ± 0,01
	0,0674
Tabela 4.3 – Dados experimentais de distância de uma fonte de luz a uma foto resistor, capturados de uma célula fotoelétrica.
	(R ± ΔR) Ω
	d (cm)
	1/d2 (cm-1)
	16,312 x 103 ± 0,001
	0
	0
	13,919 x 103 ± 0,001
	1,0
	1
	11,249 x 103 ± 0,001
	2,0
	0,250
	8,562 x 103 ± 0,001
	3,0
	0,111
	7,570 x 103 ± 0,001
	4,0
	0,062
	5,890 x 103 ± 0,001
	5,0
	0,040
	4,307 x 103 ± 0,001
	6,0
	0,027
	2,827 x 103 ± 0,001
	7,0
	0,020
	2,069 x 103 ± 0,001
	8,0
	0,016
	1,346 x 103 ± 0,001
	9,0
	0,012
	0,861 x 103 ± 0,001
	10,0
	0,010
	0,392 x 103 ± 0,001
	11,0
	0,008
	0,217 x 103 ± 0,001
	12,0
	0,006
Tabela 4.4 – Dados experimentais de resistência versus temperatura para o resistor NTC.
	(T ± ΔT) °C
	T (K)
	1/T (K-1)
	(R ± ΔR) Ω
	20 ± 0,5
	293
	3,41 x 10-3
	13,448 x 103
	22 ± 0,5
	295
	3,39 x 10-3
	11,543 x 103
	24 ± 0,5
	297
	3,37 x 10-3
	10,431 x 103
	26 ± 0,5
	299
	3,34 x 10-3
	9,334 x 103
	28 ± 0,5
	301
	3,32 x 10-3
	8,476 x 103
	30 ± 0,5
	303
	3,30 x 10-3
	7,769 x 103
	32 ± 0,5
	305
	3,28 x 10-3
	7,110 x 103
	34 ± 0,5
	307
	3,26 x 10-3
	6,423 x 103
	36 ± 0,5
	309
	3,24 x 10-3
	5,900 x 103
	38 ± 0,5
	311
	3,22 x 10-3
	5,421 x 103
	40 ± 0,5
	313
	3,20 x 10-3
	4,931 x 103
	42 ± 0,5
	315
	3,18 x 10-3
	4,569 x 103
	44 ± 0,5
	317
	3,16 x 10-3
	4,191 x 103
	46 ± 0,5
	319
	3,14 x 10-3 
	3,815 x 103
	48 ± 0,5
	321
	3,12x 10-3
	3,528 x 103
	50 ± 0,5
	323
	3,10 x 10-3
	3,282 x 103
	52 ± 0,5
	325
	3,08 x 10-3
	3,006 x 103
	54 ± 0,5
	327
	3,06 x 10-3
	2,783 x 103
	56 ± 0,5
	329
	3,04 x 10-3
	2,557 x 103
	58 ± 0,5
	331
	3,02 x 10-3
	2,367 x 103
	60 ± 0,5
	335
	3,00 x 10-3
	2,180 x 103
	62 ± 0,5
	337
	2,97 x 10-3
	2,037 x 103
	64 ± 0,5
	339
	2,95 x 10-3
	1,887 x 103
	66 ± 0,5
	341
	2,93 x 10-3
	1,767 x 103
	68 ± 0,5
	343
	2,91 x 10-3
	1,634 x 103
	70 ± 0,5
	345
	2,89 x 10-3
	1,513 x 103
5 - Análise dos Resultados
a) Fazendo o gráfico i x V para o resistor de porcelana, temos:
b) Com os dados da Tabela 4.2 obtêm-se o gráfico para a resistência da lâmpada de 12V.
c) Da Tabela 4.4 obtemos o gráfico R x T para o resistor NTC, observando-o, percebe-se que a resistência decresce muito rapidamente com o aumento da temperatura, o que confirma as afirmações feitas na seção 2(a).
d) Fazendo um gráfico R x d-2 em escala log-log, utilizando os dados da Tabela 4.3 para a célula fotoelétrica, tem-se a Figura 5.4.
*colocar gráfico logaritmo*
6 - Referências Bibliográficas
[1] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KRANE, K. S. Física 3. 5ª Ed. Rio de Janeiro, Editora LTC, 2011.
[2] CAVALCANTI, P. J. M. Fundamentos de eletrotécnica. 17ª Ed. Rio de Janeiro, Livraria Freitas Bastos S.A.
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1 - Introdução 1