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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – CAMPUS DE BALSAS CURSO: B. I. CIÊNCIA E TECNOLOGIA DISCIPLINA: FISICA EXPERIMENTAL DOCENTE: ALYSON BRUNO FONSECA NEVES DISCENTE: KEVEN DALTON B. AZEVEDO. ROTEIRO 4: MEDIDAS ELÉTRICAS BALSAS – MA 2021 2 KEVEN DALTON BERTOLINO AZEVEDO ROTEIRO 4: MEDIDAS ELÉTRICAS Trabalho encadeado a disciplina de física experimental II e como parte dos requisitos para obtenção da nota das respectivas avaliações. BALSAS-MA 2021 3 Sumário 1. Introdução .................................................................................................................................. 4 1.1. Multímetro ............................................................................................................................. 4 1.2. Resistores ............................................................................................................................... 4 1.3. Circuitos em serie e paralelos ................................................................................................. 6 2. Objetivos.................................................................................................................................... 7 3. Metodologia ............................................................................................................................... 7 4. Partes experimentais ................................................................................................................... 8 5. Analise e resultados ...................................................................................................................14 6. Conclusão .................................................................................................................................16 7. Referências bibliográficas .........................................................................................................16 4 1. Introdução 1.1. Multímetro O multímetro é praticamente a junção de três equipamentos combinados (voltímetro, amperímetro e ohmímetro) capaz de medir a corrente I, a tensão V e a resistência R, esse equipamento pode ser analógico ou digital. Os analógicos é aquele em que usar uma agulha e um medidor calibro, os digitais são mais utilizados atualmente é aquele que o valor da medida é indicado sob a forma de um mostrador digital. Para medir tensões, conectamos o multímetro através do elemento para qual a tensão é desejada, a tensão é medida através de carga e, portando, é ligado em paralelo com o elemento. Para medir corrente, conectamos o multímetro em serie com o elemento em teste. O medidor deve ser ligado de tal modo que a corrente entra pelo terminal positivo para obter uma leitura positiva. 1.2. Resistores A função primaria dos resistores são limitar correntes, dividir tensões e dissipar calor. Os resistores possuem valor fixo ou variável. Os resistores fixos matem sua resistência constante, a dois tipos de resistores fixos os de fio e compostos; • Resistores de fio são usados quando há a necessidade de dissipar uma grande quantidade de calor. • resistores de compostos são usados quando uma grande resistência é necessária os resistores variáveis possuem ajuste de resistência, existem dois tipos de resistores variáveis: potenciômetro e reostato. Fig:1 5 • O potenciômetro é usado para ajustar a tensão fornecida para um circuito. • O reostato é usado para controlar a corrente em um circuito. Nem todos os resistores obedecem a lei de Ohm. Um resistor que obedece a tal lei é conhecido como resistor linear, ele possui uma resistência constante, seu gráfico 𝑉 − 𝐼 é uma linha reta passando pela origem. Um resistor não linear não obedece a Lei de Ohm, sua resistência varia com a corrente e sua característica 𝑉 − 𝐼. O código de cores para resistores fornece um caminho para determinar o valor da resistência. O código de cores consiste em três, quatro ou cinco faixas de cores ao redor do resistor. Os anéis devem ser lidos da direita para a esquerda. A = valor do primeiro algarismo significativo para a resistência B = valor do segundo algarismo significativo para a resistência C = porcentagem de tolerância (em %) E = fator de confiabilidade (em %) Tabelas de códigos de cores de resistores: Gráfico:1 Gráfico:2 Fig: 2 6 1.3. Circuitos em serie e paralelos Analisando o circuito abaixo para uma melhor compreensão dos resistores em serie e paralelos: Primeiro note que 𝑅2e 𝑅3 estão em paralelos, pois estão conectados entre os mesmo dois pontos. Sua resistência equivalente é 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅2 × 𝑅3 𝑅2 + 𝑅3 = 36 × 72 36 + 72 = 24Ω Trocando 𝑅2e 𝑅3 por 𝑅𝑒𝑞 tem-se um circuito equivalente mostrado na figura abaixo. Este agora é um circuito em serie agora somamos os resistores e podemos aplicar LKT: −20 + 𝐼(16 + 24) = 0 𝐼 = 20 40 = 0,25𝐴 Tabela de cores Fig: 3 Fig: 4 7 2. Objetivos • Conhecer os diversos tipos de resistores • Entender e praticar código de cores em resistores • Efetuar medidas de resistência elétrica com ohmímetro • Analisar a corrente e a tensão elétrica em circuitos em série e em paralelo • Efetuar medidas de corrente e tensão elétrica com multímetro 3. Metodologia O experimento foi elaborado através do site Phet.Colorado.edu, programa este utilizado para simular experimentos físicos, químicos, matemáticos entres outros. O experimento utilizou de conteúdo evolvendo a física especificamente a eletricidade. O experimento consiste na construção de dois circuitos com a finalidade de analisamos o uso de resistores e entender seus códigos de cores e fazer uso de equipamentos de medida como o multímetro digital e amperímetro. Para montar o circuito o simulador oferece uma barra de opções no canto superior esquerdo onde iremos fazer uso de fios, resistores e condutores(baterias), e do lado superior direito é fornecido o multímetro digital e amperímetro e outras funções complementares. Para move as peças basta clica com o botão esquerdo do mouse e arrasta até a área desejada. o experimento propôs o uso de calculadora para códigos de cores de resistores, desenvolvida para encontra os valores de resistência e tolerância de resistores de furo de passagem. Disponível em https://br.mouser.com/technical-resources/conversion- calculators/resistor-color-code-calculator para utilizar a calculadora basta selecionar os Fig: 5 https://br.mouser.com/technical-resources/conversion-calculators/resistor-color-code-calculator https://br.mouser.com/technical-resources/conversion-calculators/resistor-color-code-calculator 8 números de faixa e suas respectivas cores. Após a seleção o valor do resistor e fornecido automaticamente. 4. Partes experimentais 1. Utilizando a calculadora para códigos de resistores online faça os cálculos da resistência nominal (teórico) dos resistores de acordo com as figuras a abaixo e armazene os valores foram coletados em uma tabela. R: os resistores foram calculados na ordem da direita para esquerda. Resistor 1: Fig: 6 Fig: 7 9 Resistor 2: Resistor 3: Resistor 4: Tabelas nominal de resistores: Resistores Resistência nominal Ω Tolerância 1 150 Ohms (5%) ouro (± 5%) 2 170 Ohms (5%) ouro (± 5%) 3 67 Ohms (5%) ouro (± 5%) 4 220 Ohms (5%) ouro (± 5%) Fig: 8 Fig: 9 Fig: 10 Fig: 11 Tabela: 1 10 2. utilize o kit de circuito monte o circuito segundo a figura abaixo considerando as cores vermelho, vermelho, preto, e ouro para o resistor 𝑹𝟏 e azul, preto, preto e ouro para o resistor 𝑹𝟐, estabeleça uma tenção de V = 10V. calcule os valores teóricos para a corrente que passaem cada resistor com suas respectivas tensões R: a calculadora online foi utilizada para obter os valores dos resistores 𝑅1 e 𝑅2 resistor 𝑅1: resistor 𝑅2: Fig: 12 Fig: 13 Fig: 14 11 circuito montado: Resistência equivalente em serie: 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 𝑅𝑒𝑞 = 22 + 60 = 82 Tabela de valores teóricos para corrente que passa em cada resistor com suas respectivas tensões: Resistência nominal Resistência equivalente Corrente Tensão 𝑅1 22 ohms 5% 82 0.12A 2,68V 𝑅2 60 ohms 5% 82 0.12A 7,32V 3.medir com o voltímetro a tensão nos resistores 𝑹𝟏 e 𝑹𝟐, e com o amperímetro medir a corrente que atravessa os resistores. utilizando a Lei de Ohms, calcule a resistência medida com os dados da tensão e corrente. Calcule o erro da corrente. R: Calculando a corrente para os resistores 𝑅1e 𝑅2. Sabendo que os resistores estão em serie logo a mesma corrente passa por ambos: Resistor 𝑅1: 𝑉 = 𝑅𝑒𝑎 × 𝐼 𝐼 = 10 82 = 0,122𝐴 Fig: 15 Tabela: 2 12 os valores da tensão dos resistores Resistor 𝑅1: 𝑉 = 𝑅 × 𝐼 𝑅1 = 22 × 0,12 = 2,68V Resistor 𝑅2: 𝑉 = 𝑅 × 𝐼 𝑅2 = 60 × 0,12 = 7,32V Para os cálculos do erro da corrente: Resistores 𝑅1 e 𝑅2 : % = |𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙| 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 × 100% % = |0,12 − 0,122| 0,122 × 100 = 1,64% Tabelas de valores: Resistencia medida corrente tensão Erro (%) 𝑅1 22Ω 0,12A 2,68V 1,64% 𝑅1 61Ω 0,12A 7,32V 1,64% 4. Monte o circuito em paralelo de acordo com a figura abaixo no simulador. Considerar os mesmos resistores do circuito em série. Estabeleça a tensão V = 10 V. Calcular os valores teóricos da corrente, tensão dos resistores R1 e R2, e a resistência equivalente. Medir a corrente em cada resistor com suas respectivas tensões e o erro. Tabela: 3 Fig: 16 13 R:Circuito montado: Valores das correntes: 𝑅1= 0,45A 𝑅2= 0,17A tensão dos resistores 𝑅1 e 𝑅2: 𝑅1:10.00V 𝑅2:10.00V resistência equivalente em paralelo: 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 1 1 22 + 1 60 = 16,1Ω Resistência nominal Resistência equivalente Corrente Tensão 𝑅1 22 ohms 5% 16,1 Ω 0,45A 10.00V 𝑅2 60 ohms 5% 16,1 Ω 0,17A 10.00V Utilizando a Lei de Ohms: Calculando a corrente em cada resistor Resistor 𝑅1: 𝑉 = 𝑅 × 𝐼 Fig: 17 Tabela:4 14 𝐼 = 10 22 = 0,45𝐴 Resistor 𝑅2: 𝑉 = 𝑅 × 𝐼 𝐼 = 10 60 = 0,17𝐴 Os valores da tensão dos resistores Resistor 𝑅1: 𝑉 = 𝑅 × 𝐼 𝑅1 = 10 × 0,45 = 9,9V Resistor 𝑅2: 𝑉 = 𝑅 × 𝐼 𝑉 = 60 × 0,17 = 10,2V Para os cálculos do erro da corrente: Resistor 𝑅1: % = |𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙| 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 × 100% % = |0,45 − 0,177| 0,177 × 100 = 1,09% Resistor 𝑅2: % = |𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙| 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 × 100% % = |0,17 − 0,167| 0,167 × 100 = 1,8% Resistencia medida Corrente tensão Erro (%) 𝑅1 22Ω 0,45A 9,9V 1,09% 𝑅1 60Ω 0,17A 10.2V 1,8% 5. Analise e resultados De acordo com os valores analisados poder se afirma que a leitura de código de cores de resistores é um meio prático e rápido para a obtenção dos valores do resistor. Pois tantos para Tabela: 5 15 os resistores em serie e paralelos os valores se mostram próximos. com uma baixa porcentagem de erro. Erro dado pela a falta de precisão do simulador Pode se afirmar que os valores encontrados utilizando a Lei de Ohms estão de acordo com as medidas realizado pelo o simulador, com valores iguais para a corrente no circuito1 e valores de tensões iguais para o circuito 2 Utilizando a calculadora online foi possível encontra a sequência de cores para cada resistor 47Ω ± 5%, 560Ω ± 5%, 3kΩ ± 10% Os valores obtidos Resistores R1: R2: R3: Fig: 18 Fig: 19 Fig: 20 16 6. Conclusão Os equipamentos de medida (multímetro digital e amperímetro) mostraram-se uma ferramenta fundamental na obtenção de medida em circuitos elétricos, levando em conta o nível de precisão no equipamento utilizado. Os valores obtidos utilizando a Lei de Ohms confirma a eficiência dos equipamentos utilizado no experimento. O sistema de códigos de cores de resistores possibilita a obtenção dos valores de tolerância e resistência. 7. Referências bibliográficas Sadiku, Matthew N. O.Análise de circuitos elétricos com aplicações -- Porto Alegre: AMGH, 2014. Boyleslad, Robert L introdução à análise de circuitos, 10ª ed – São Paulo: Pearson Prentice hall,2014. Simulador disponível em site >Kit para Montar Circuito DC - Circuitos em Série, Circuito Paralelo, Lei de Ohm - Simulações Interativas PhET (colorado.edu) Calculadora disponível em site >Calculadora para código de cores de resistores | Mouser Brasil https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/circuit-construction-kit-dc https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/circuit-construction-kit-dc https://br.mouser.com/technical-resources/conversion-calculators/resistor-color-code-calculator https://br.mouser.com/technical-resources/conversion-calculators/resistor-color-code-calculator
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