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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA CAMPUS PAULO AFONSO GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ARNALDO BARBOSA PINTO ARTHUR RIBEIRO CHAVES BRANDÃO CAIO FERNANDO DA SILVA DANILO FARIAS TORRES ELLEN CARLA RODRIGUES OLIVEIRA ERICKSON WAGNER SÉRGIO DA SILVA FRANCISCO ALVES PEREIRA JÚNIOR GLAUBER OLIVEIRA RAMOS LEANDRO HENRIQUE MEDEIROS DOS SANTOS LIZA CRYSTHIANE FONSECA DE OLIVEIRA RELATÓRIO EXPERIMENTAL 01 LEI DE OHM PAULO AFONSO – BA 2017 ARNALDO BARBOSA PINTO ARTHUR RIBEIRO CHAVES BRANDÃO CAIO FERNANDO DA SILVA DANILO FARIAS TORRES ELLEN CARLA RODRIGUES OLIVEIRA ERICKSON WAGNER SÉRGIO DA SILVA FRANCISCO ALVES PEREIRA JÚNIOR GLAUBER OLIVEIRA RAMOS LEANDRO HENRIQUE MEDEIROS DOS SANTOS LIZA CRYSTHIANE FONSECA DE OLIVEIRA RELATÓRIO EXPERIMENTAL 01 LEI DE OHM Relatório técnico-científico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de Física Experimental III, no Curso de Engenharia Elétrica, no Instituto Federal da Bahia, Campus Paulo Afonso. Orientador: Prof.º MSc. Ronaldo da Maceno Lima. PAULO AFONSO – BA 2017 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 4 1.1 Lei de Ohm............................................................................................................................................. 4 1.2 Resistividade .......................................................................................................................................... 4 2. OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 5 3. MATERIAIS E PROCEDIMENTOS .............................................................................................................. 5 3.1 Materiais utilizados: .............................................................................................................................. 5 3.2 Procedimentos: ..................................................................................................................................... 6 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................................................................... 7 4.1 Resultados ............................................................................................................................................. 7 4.2 Discussão ............................................................................................................................................. 12 5. CONCLUSÃO .......................................................................................................................................... 13 6. REFERÊNCIAS ......................................................................................................................................... 13 4 1. INTRODUÇÃO O presente relatório destina-se a análise da lei de Ohm e os fatores que influenciam na resistência elétrica. Realizada em Laboratório de Física do IFBA, Campus Paulo Afonso, na disciplina de Física Experimental III, do 4º semestre do curso de Bacharelado em Eng.ª Elétrica. 1.1 Lei de Ohm A corrente que passa em um circuito é diretamente proporcional à tensão e indiretamente proporcional à resistência. Essa relação é chamada Lei de Ohm e pode ser expressa numa fórmula como 𝑖 = 𝑉 𝑅 , onde 𝑖 é a corrente(A), V é a tensão(V) e R a resistência(Ω). Ela é a propriedade básica mais importante dos circuitos elétricos. Por exemplo, se uma tensão de 120V for aplicada a uma resistência de 120Ω, a corrente será 𝑖 = 𝑉 𝑅 = 120 120 , e 1A de corrente vai passar. Sempre que conhecer dois dos valores dentre corrente, voltagem e resistência de um circuito, você pode usar a lei de Ohm para calcular o valor desconhecido. 1.2 Resistividade Quando aplicamos a mesma diferença de potencial às extremidades de barras de mesmas dimensões feitas de cobre e vidro os resultados são muito diferentes. A característica do material que determina essa diferença é a resistência elétrica. Medimos a resistência entre dois pontos de um condutor aplicando a diferença de potencial V entre esses pontos e medindo a corrente 𝑖 resultante. A resistência R é dada por: 𝑅 = 𝑉 𝑖 . Um condutor elétrico tem uma resistência muito baixa e é usado para conectar elementos de circuitos. Quando passa uma pequena quantidade de corrente pelo fio, podemos considerar sua resistência desprezível. Se uma quantidade de corrente maior do que a segura passar por um fio, então o calor vai ser gerado. A resistência (R) é a medida que indica a dificuldade para o fluxo de corrente. A resistência (medida em ohms) de um condutor de comprimento L em metros e a área de seção transversal A em metros quadrados podem ser representadas por 𝑅 = 𝜌𝐿 𝐴 . 5 A resistividade mede quanto um material se opões ao fluxo de corrente e pode ser usada para determinar a resistência de um fio. A resistividade, representada pelo símbolo 𝜌, é um valor de resistência específico do material e é medida em ohms metro (Ωm). A partir dessa equação fica evidente que para o mesmo material, o tamanho da resistência é diretamente proporcional ao comprimento e inversamente proporcional à área de secção transversal. 2. OBJETIVOS O objetivo desta aula de laboratório é fazer com que ao término desta atividade o aluno possa ter competência para utilizar corretamente o ohmímetro para medir resistências elétricas, determinar a relação entre a resistência elétrica e o comprimento de um condutor homogêneo, construir o gráfico característico R versus A, de um resistor ôhmico de fio, vincular a resistência elétrica com as dimensões de um condutor homogêneo, reconhecer que a resistência elétrica (de um fio ou dispositivo elétrico) é uma propriedade que determina, para uma dada ddp, a intensidadede corrente elétrica que passa através deste fio ou dispositivo e também reconhecer que a resistência elétrica oferecida por um fio depende do tipo de material de que o fio é feito, do seu comprimento e da área de sua secção reta. 3. MATERIAIS E PROCEDIMENTOS 3.1 Materiais utilizados: 01 painel com bornes Inter espaçados entre 0 e 1000 mm; 01 fonte de alimentação CC; 01 Multímetro (utilizado como amperímetro); 01 chave auxiliar liga/desliga; Tabela 1 - RESISTIVIDADE (EM OHM METRO) DE VÁRIOS METAIS EM TEMPERATURA AMBIENTE (20°C) Ouro 2,22x10-8 Prata 1,59x10-8 Cobre 1,69x10-8 Alumínio 2,27x10-8 Nicrono 107,5x10-8 6 04 conexões de fios pinos banana para derivação. Figura 1 - Chave liga/desliga Figura 2 - Conectores pinos banana Figura 3 - Multímetro Figura 5 - Painel Bornes com o circuito montado Figura 4 - Fonte de alimentação CC 7 3.2 Procedimentos: O experimento consistiu em duas etapas, sendo a primeira relacionada à verificação da resistência Ohmica de cinco fios condutores. Nessa etapa colocou-se um multímetro na posição de medida de resistência, sendo colocadas suas conexões nos bornes do painel. Primeiro medimos a resistência mo do borne 0 (zero) até o borne correspondente à 25 cm anotando a correspondente resistência, e em seguida do borne 25 cm até o borne 50 cm, e assim por diante até chegar ao borne 1,00 m. A segunda etapa da experiência consistiu em determinar a relação entre a diferença de ptencial (ddp) aplicada aos extremos de um resistor e a intensidade de corrente que por ele circula. Primeiro ajustou-se o multímetro para funcionar como amperímetro na escala de 100 ou 200 miliampères. Colocamosuma conexão ligada ao borne zero do painel até a chave auxiliar liga-desliga, e dela outra conexão ligada à fonte de tensão, e um multímetro ligada à fonte e ao borne 1,00 m, então ligou-se a fonte e variamos a sua tensão e anotamos os correspondentes valores. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Resultados 1º Procedimento Experimental Os dados coletados no 1º procedimento experimental encontram-se sintetizados na tabela e no gráfico abaixo. 8 Tabela 2 – Relação R x L Resistor Diâmetro (mm) Comprimento L (mm) Resistência R medida no trecho selecionado (em Ω) Quociente calculado R/L Resistor 1 0,32 AB 250 4,6 0,018 AC 500 8,7 0,017 AD 750 12,8 0,017 AE 1000 16,9 0,017 Resistor 2 0,51 AB 250 2,1 0,008 AC 500 3,9 0,008 AD 750 5,6 0,007 AE 1000 7,3 0,007 Resistor 3 0,72 AB 250 1,5 0,006 AC 500 2,1 0,004 AD 750 2,9 0,004 AE 1000 3,7 0,004 Resistor 4 0,51 AB 250 1,8 0,007 AC 500 3,1 0,006 AD 750 4,4 0,006 AE 1000 5,6 0,006 Resistor 5 0,64 AB 250 0,5 0,002 AC 500 0,5 0,001 AD 750 0,5 0,001 AE 1000 0,5 0,001 9 Nesse experimento foi observada a resistência de cinco resistores metálicos, sendo um dos fios (o resistor 5) resistivos de cobre, com diâmetros diferentes como mostra na tabela. Verificou-se que variando o comprimento, podemos considerar que sua resistência cresce proporcionalmente, conforme mostra a tabela e gráfico. 2º Procedimento Experimental Os dados coletados no 2º procedimento experimental também se encontram sintetizados na tabela e no gráfico abaixo: Tabela 3 – Relação R x A Resistor Diâmetr o (mm) Diâmetro (m) Área A da secção reta do resistor (m²) Resistência R medida (Ω)_trecho AE R x A 1/A Resistor 1 0,32 0,00032 0,000000080 16,9 0,00000136 12433979,93 Resistor 2 0,51 0,00051 0,000000204 7,3 0,00000149 4895192,41 Resistor 3 0,72 0,00072 0,000000407 3,7 0,00000151 2456094,80 Resistor 4 0,51 0,00051 0,000000204 5,6 0,00000114 4895192,41 Resistor 5 0,64 0,00064 0,000000322 0,5 0,00000016 3108494,98 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 250 500 750 1000 R e si st ê n ci a R ( Ω ) Comprimento L (mm) Gráfico 1 - Relação R x L Resistor 1 Resistor 2 Resistor 3 Resistor 4 Resistor 5 10 Neste experimento foi utilizado o mesmo material cobre só que com a sua área da seção transversal aumentada, como mostra na tabela, mantendo-se o comprimento fixo de 1,0m. Foi verificado que as proporções se mantiveram. Analisando o gráfico, observou-se que os fios com áreas diferentes obedecem à lei de Ohm, já que sua resistência é sempre constante, independente de qual seja a tensão aplicada. Tabelas e gráficos adicionais Tabela 4 – Tensão nominal Tensão nominal (V) Resistores R1 R2 R3 R4 R5 I (mA) V/I (calculada) I (mA) V/I (calculada) I (mA) V/I (calculada) I (mA) V/I (calculada) I (mA) V/I (calculada) 1,5 180 0,0083 331 0,0045 482 0,0031 386 0,0039 875 0,0017 3 255 0,0118 453 0,0066 640 0,0047 520 0,0058 1089 0,0028 4,5 310 0,0145 546 0,0082 754 0,0060 621 0,0072 1190 0,0038 6 370 0,0162 627 0,0096 845 0,0071 706 0,0085 1255 0,0048 7,5 428 0,0175 684 0,0110 894 0,0084 765 0,0098 1263 0,0059 9 469 0,0192 728 0,0124 930 0,0097 802 0,0112 1246 0,0072 12 531 0,0226 776 0,0155 945 0,0127 834 0,0144 1164 0,0103 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0,00 2000000,00 4000000,00 6000000,00 8000000,00 10000000,00 12000000,00 14000000,00 Resistor 1 Resistor 2 Resistor 3 Resistor 4 Resistor 5 Gráfico 2 - Relação R X (1/A) 1/A Resistência R medida (Ω)_trecho AE 11 Tabela 5 – Tensão Medida Tensão medida (V) Resistores R1 R2 R3 R4 R5 I (mA) V/I (calculada) I (mA) V/I (calculada) I (mA) V/I (calculada) I (mA) V/I (calculada) I (mA) V/I (calculada) 4,46 180 0,0248 331 0,0135 482 0,0093 386 0,0116 875 0,0051 6,48 255 0,0254 453 0,0143 640 0,0101 520 0,0125 1089 0,0060 8,41 310 0,0271 546 0,0154 754 0,0112 621 0,0135 1190 0,0071 10,56 370 0,0285 627 0,0168 845 0,0125 706 0,0150 1255 0,0084 12,52 428 0,0293 684 0,0183 894 0,0140 765 0,0164 1263 0,0099 14,56 469 0,0310 728 0,0200 930 0,0157 802 0,0182 1246 0,0117 19,05 531 0,0359 776 0,0245 945 0,0202 834 0,0228 1164 0,0164 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1,5 3 4,5 6 7,5 9 12 C o rr e n te I (m A ) Tensão Nominal (V) Gráfico 3 - V Nominal x I Resistor 1 Resistor 2 Resistor 3 Resistor 4 Resistor 5 12 4.2 Discussão Na primeira etapa do experimento foi estabelecida uma relação entre a seção transversal de um condutor homogêneo e a resistência elétrica, como pode-se observar na tabela 2. Através dos dados obtidos, como esperado, verifica-se que a resistência elétrica de um condutor homogêneo é inversamente proporcional à área de sua secção transversal e que a resistência elétrica de um condutor homogêneo é diretamente proporcional ao seu comprimento. Tal fato pode ser confirmado quando os dados são colocados no gráfico 1 e surge uma relação linear. A última conclusão a se obter está na relação entre os dados obtidos, o diâmetro, a área transversal do fio e a resistência se relacionam através de um conceito matemático chamado resistividade: A importância desse conceito está no fato de que, para uma dada temperatura, o quociente indicado é constante para um dado material, e não depende do fio particular usado para calculá-lo. Na segunda etapa os dados coletados foram organizados, levando em consideração que a tensão tabelada na fonte é diferente da tensão real que passa pelo circuito. Isto pode ser observado na tabela 3. Através dessa tabela verifica-se a relação diretamente proporcional entre a ddp e a corrente para uma mesma resistência, tal fato pode ser confirmado pelo seguinte argumento matemático: 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 4,46 6,48 8,41 10,56 12,52 14,56 19,05 C o rr e n te ( m A ) Tensão Medida (V) Gráfico 4 - V Medida x I Resistor 1 Resistor 2 Resistor 3 Resistor 4 Resistor 5 13 Uma observação importante a se fazer e que a relação expressa aqui entre tensão e corrente é válida somente para resistores ôhmicos. Ao construir um gráfico com os dados obtidos encontra-se uma relação muito próxima da linearidade (ver gráfico 2). 5. CONCLUSÃO A resistência em um fio depende de vários fatores tais como: temperatura, material, comprimento e área e isso foi percebido neste experimento. Ao medir a resistência do fio de cobre verificou-se que não houve variação ao longo do seu comprimento, permanecendo constante a resistência de 0,5 ohms. Já nos demais resistores que possuem a mesma natureza mas diâmetros diferentes logo áreas de seção transversal também distintas, foi analisado uma grande variação da resistência ao longo do comprimento do fio. Todavia ao observar apenas os resistores 2 e 4 , os que possuem as mesmas áreas de seção transversal mas com a resistividade ( R x A) diferentes e sendo a resistividade de 2 maior que a resistividade 4, foi possível compreender que quanto maior a resistividade do condutor maior a variação da resistência R ao longo do comprimento do fio. Logo o fio de cobre, por apresentar a menor resistividade, torna-se um dos melhores condutores de eletricidade pois a resistência é constante obedecendo assim a primeira lei de ohm. 6. REFERÊNCIAS MATSUDA, Kazushiro Fujitaki; tradução Silvio Antunha. The mangá guide to eletricity. São Paulo: Novatec Editora; Tokio: Ohmsha; São Francisco: No Starch Press, 2009. v. 1, 206 p. (The manga guide) HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J.; tradução e revisão técnica Ronaldo Sérgio di Biasi. Fundamentos de Física 3: Eletromagnetismo. 8ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. v. 3, 381 p.
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