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Universidade Estadual de Maringá Centro de Tecnologia Departamento de Tecnologia Engenharia Civil Física Experimental III RESISTIVIDADE ELÉTRICA Carlos Eduardo Porto ra103559@uem.br Douglas Bianco ra113866@uem.br Higor Laurindo Camilo ra113869@uem.br Mariana Lino Girotto ra110557@uem.br OBJETIVO Aprender com o experimento a parte prática da resistividade elétrica, além de determiná-la em um fio de metal. INTRODUÇÃO A resistividade elétrica é uma propriedade que define o quanto um material opõe-se à passagem de corrente elétrica, de forma que: quanto maior for a resistividade elétrica de um material, mais difícil será a passagem da corrente elétrica, e quanto menor a resistividade, mais ele permitirá a passagem da corrente elétrica. Para entender a resistividade elétrica, vejamos primeiro o conceito de resistência elétrica. Quando um material é submetido a uma diferença de potencial, é estabelecida uma corrente elétrica entre os seus terminais, que é caracterizada pelo movimento das cargas elétricas livres em seu interior. Durante esse movimento desordenado das cargas, vários elétrons chocam-se uns com os outros e com os átomos que constituem o condutor (normalmente algum metal), o que dificulta a passagem da corrente elétrica. Essa dificuldade é denominada resistência elétrica. Quanto maior for a área de seção transversal A, menor será a resistência do condutor, uma vez que é mais fácil a passagem das cargas elétricas por uma área maior; Quanto maior for o comprimento L do condutor, maior será a resistência, pois maior será o espaço que as cargas elétricas percorrerão, aumentando a probabilidade de colisões internas e perda de energia; A natureza elétrica do material também influencia na resistência: quanto maior for a quantidade de elétrons livres, maior será a facilidade de a corrente elétrica ser estabelecida. Essa característica específica de cada material é a resistividade elétrica. Conhecendo essas relações de proporcionalidade entre a resistência e as características do condutor, podemos obter uma equação para a resistência elétrica: Eq. (01) R = A ρL Sendo que: ρ é a resistividade elétrica específica do material; L é o comprimento do condutor; A é a área de seção transversal do condutor. A equação acima pode ser reescrita para que obtenhamos matematicamente a resistividade elétrica do material: Eq. (02)ρ = L AR PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Foi observada a montagem representada na Figura 1. Usando um multímetro como ohmímetro, a qual mediu-se a resistência R de um trecho do fio de comprimento I, entre o ponto de contato fixo P, e um outro ponto variável P,. Obteve pares de valores para Rel em número suficiente para definir experimentalmente a relação entre essas duas grandezas. Por fim, fez-se um gráfico de R versus I e, tendo como base a equação 1, e uma regressão linear para obter a resistividade do fio. A área da seção reta do fio utilizado está indicada na montagem. Devido às aulas remotas, não realizamos a montagem do experimento, porém observamos o mesmo por meio do vídeo apresentado pelo professor, contudo, realizamos os cálculos e os resultados obtidos. Figura 1: Esquema da montagem utilizada para medir a resistência R em função do comprimento l de um fio; ao deslizar, o cursor P2 determina diferentes comprimentos l do fio, que correspondem a diferentes valores de resistência lida no ohmímetro. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1 serão apresentados os dados experimentais que serão utilizados para o cálculo da Resistividade elétrica. TABELA 01: Dados para a determinação da Resistividade Elétrica Com esses dados, foi realizada a plotagem de um gráfico de eixos X (comprimento (m)) por Y (resistência (ohm)), como mostrado no gráfico 1. Gráfico 1: Resistividade Elétrica Diâmetro do fio (0,245 ± 0,001) mm (0,000245 ± 0,000001) m Compriment o (m) Resistência (Ohm) 0 0 0,06 0,02 0,12 0,04 0,18 0,066 0,24 0,088 0,30 0,11 0,36 0,13 0,42 0,15 0,48 0,18 0,54 0,20 0,60 0,22 Área da seção reta do fio A: A = (π * d²) / 4 A = (π * 0,000245²) / 4 A = 4,714352*10-8 m2 Incerteza da área A: ΔA = [(π * d) / 2] * Incerteza ΔA = [(π * 0,000245) / 2] * 0,000001 ΔA = 3,848451*10-10 m2 Assim, teremos: A = (0,0000000471 ± 0,00000000038) m² Equação teórica: R = ρ * l / A Do Gráfico: ajuste linear, temos que Y = m*x + B Da comparação com a Equação Teórica: m = ρ / A Resistividade: m = ρ / A m = (0,371 ± 0,004) e A = (0,0000000471 ± 0,00000000038) ρ = m * A ρ = (0,371 ± 0,004) * (0,0000000471 ± 0,00000000038) Para essa propagação de incertezas, temos a regra da multiplicação: a * b = ( ± Δx) * ( ± Δy) = (. ) ± ( * Δy + *Δx) Assim: ρ = (0,371 * 4,71*10-8) ± (0,371 * 3,8*10-10 + 4,71*10-8 * 0,004) ρ = (1,75 ± 0,03) *10-8 Ωm Com esse valor encontrado, foi comparado com a Tabela 2 que contém os valores médios de resistência dos principais materiais. Tabela 2: Exemplos de valores da resistividade de alguns materiais De acordo com os dados dispostos na tabela 1, foi possível estabelecer o Gráfico 1: Resistividade Elétrica. Analisando este gráfico, conclui-se que a relação entre o comprimento e a resistência é inversamente proporcional, uma vez que à medida que o comprimento aumenta a resistência não acompanha, vai diminuindo. Quando o comprimento é 0,06 m a resistência é de 0,02 Ωm, terminando em 0,60 m de comprimento e resistência de 0,22 Ωm. Com base nestas comprovações, é possível observar que conforme o comprimento aumenta e a resistência diminui, existe aumento da intensidade da corrente elétrica pelo condutor. Já que há uma maior área para passagem de elétrons com o aumento do comprimento. Desencadeando a diminuição do choque entre os elétrons livres em movimento e os próprios átomos do fio, permitindo um maior fluxo eletrônico no fio. Através do cálculo da resistividade, foi possível identificar o material utilizado, relacionando o resultado ρ = (1,75 ± 0,03) *10-8 Ωm, com os valores da tabela 2, encontrando a partir da aproximação, o cobre como material componente do fio condutor. Desvio padrão = [(valor experimental - valor tabelado)/valor tabelado]*100% Aplicando a equação acima, podemos concluir que o desvio de erro é de 1,74%. Através disso, podemos fundamentar que o experimento foi preciso, tendo um percentual de erro baixo. Desvio padrão = [(1,75 - 1,72)/1,72]*100% = 1,74% CONCLUSÃO Por meio da relação de proporcionalidade da resistência e do comprimento, chegou-se na Lei de Ohm, e realizou-se o cálculo da resistividade do material, que foi uma das finalidades do experimento. A partir disso, encontrar o cobre como material, podemos perceber que possui um índice de erro de 1,74%, menor do que o permitido REFERÊNCIAS MARIANE MENDES TEIXEIRA. Resistividade elétrica. Definição de resistividade elétrica. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/resistivi dade-eletrica.htm#:~:text=%CF%81%20%C3 %A9%20a%20resistividade%20el%C3%A9tri ca,de%20se%C3%A7%C3%A3o%20transvers al%20do%20condutor.>. Acesso em: 17 fev. 2021. LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL BÁSICA UFMG. Resistividade ElétricaYouTube,27 jul. 2020. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=3juvuqG kdrs&feature=youtu.be&ab_channel=Laborat %C3%B3riodeF%C3%ADsicaExperimentalB %C3%A1sicaUFMG>. Acesso em: 17 fev. 2021.
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