Relatório 1 - experiencia 2 - curvas caract corrente-tensao

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA - UFSC 
Física Experimental II 
 
Professor: Paulo Henrique Souto Ribeiro 
 
Aluna: Ivana de Souza Christ 
 
 
EXPERIMENTO 2: CURVAS CARACATERÍSTICAS CORRENTE-
TENSÃO 
 
 
Questionário: 
 
Parte 1. 
(a) Faça os gráficos de i em função de V com os dados da Tabela I para os dois 
resistores metálicos: NiCr e lâmpada. 
 
 
Gráfico 1: Curva Característica do Resistor metálico (Lâmpada) 
 
 
0
0,08
0,13
0,15
0,18
0,20
0,22 0,23
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
C
o
rr
en
te
 (
m
A
)
Tensão (V)
Resistor Metálico - Lâmpada
https://moodle.ufsc.br/user/view.php?id=206740&course=134137
 
Gráfico 2: Curva Característica do Resistor metálico (NiCr) 
 
(b) O que é um resistor ôhmico? Indique qual dos resistores nesta primeira parte é 
ôhmico, justificando a resposta. 
 
Resistor Ôhmico é aquele que segue a Lei de Ôhm: Para um condutor mantido a 
temperatura constante, a razão entre a tensão aplicada entre dois pontos do condutor e a 
corrente elétrica que flui entre eles é constante, tal que: 
V = R.i 
Conforme visto através dos gráficos mostrados acima, pode-se observar que o único 
que segue essa lei, ou seja, em que a relação entre tensão aplicada e corrente elétrica é uma 
reta, é no Gráfico 2: Resistor Metálico de NiCr, este é um resistor Ôhmico. 
 
(c) Através de uma regressão linear, determine a resistência R (em ohms) do resistor 
de NiCr. 
Através da Lei de Ôhm, e da equação acima mostrada podemos obter a equação da 
resistência, isolando o R: 
R = V / i 
No experimento, aplicando-se uma tensão de 15,06 Volts, obtivemos uma corrente de 
0,13 A, fazendo o cálculo: 
R = 15,06 / 0,13 = 115,84 Ω 
 
 
(d) Calcule o valor da resistência da lâmpada de Tungstênio nos casos em que a 
tensão aplicada vale 3 V e 30 V e compare com a resistência do resistor de NiCr. 
 Ao aplicar uma tensão de 2,90 Volts (aprox. 3), obtivemos uma corrente de 
0,08 A, portanto, a resistência é dada por: R = 2,90 / 0,08 = 36,25 Ω 
Ao aplicar uma tensão de 28 Volts (aprox. 30), obtivemos uma corrente de 0,23 A, 
portanto, a resistência é dada por: R = 28 / 0,23 = 121,74 Ω. 
No resistor de NiCr a resistência permanece praticamente constante, 
aproximadamente 115 Ω (teoricamente, a resistência deveria ser constante para todos os 
0,00
0,02
0,05
0,09
0,13
0,19
0,24
0,27
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
C
o
rr
en
te
 (
A
)
Tensão (V)
Resistor Metálico - NiCr
valores de tensão aplicada, porém, como o experimento não foi realizado em condições 
ideais, há uma pequena variação). Já no caso do dispositivo da Lâmpada, quando se calcula 
os valores de resistência, ela não se mantém constante, aumenta conforme a tensão aplicada 
aumenta, logo, pode-se perceber que ela é dependente da tensão, e, portanto, trata-se de 
uma resistência não-ôhmica. 
 
Parte 2. 
(a) Faça o gráfico i em função de V com os dados da Tabela II, para o VDR à temperatura 
ambiente. 
 
 
Gráfico 3: Curva Característica do Resistor VDR à temperatura ambiente (20 ºC) 
 
(b) Descreva como varia a resistência deste VDR à medida que a tensão varia entre os 
limites medidos. 
Calculando a resistência dos extremos de tensão, de 15V e 28V, obtêm-se os 
seguintes valores: 
Para a tensão de 15V e corrente de 0,00018 A: R = 15 / 0,00018 = 8,33 x104 Ω 
Para a tensão de 28V e corrente de 0,00213 A: R = 30 / 0,00213 = 1,31 x104 Ω 
No resistor VDR, à medida que a tensão aumenta, de 15V para 28V, por exemplo, a 
corrente também aumenta. Isso ocorre porque a resistência diminui (ficou aproximadamente 
8x menor). O VDR se trata de um resistor não-linear, e, portanto, não-ôhmico, com isso, a 
relação da tensão com a corrente depende também da resistividade β e da constante C (que 
depende da temperatura e características geométricas do VDR. 
 
(c) Num mesmo sistema de eixos logV (eixo y) versus logi (eixo x), plote os gráficos do 
VDR às diferentes temperaturas. Os dados seguem tendência linear? Calcule os 
coeficientes das retas via regressão e, a partir deles, determine β e C para cada 
temperatura. 
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
15,00 17,00 19,00 21,00 23,00 25,00 27,00 29,00
C
o
rr
en
te
 (
A
)
Tensão (V)
Resistor VDR
 
Gráfico 4: Curva Log (V) x Log (i) do Resistor VDR à temperatura ambiente (20 ºC) 
 
 
Gráfico 5: Curva Log (V) x Log (i) do Resistor VDR à temperatura de 60 ºC 
 
Os dados seguem tendência linear, pois: 
log V = log C + β log i 
Y = a + b x 
Dessa forma, temos uma equação tal que: 
Y = log V 
a = log C = coef. linear 
β = b = coef. angular 
X = log i 
Calculando, via regressão linear temos: 
- Para temperatura ambiente de 20 ºC: y = 0,2518x + 2,1224 com R² = 0,9997 
Sendo assim, temos que β = 0,2518 e log C = a = 2,1224 → C = 132,56 
 
1,18
1,24
1,28
1,34
1,4
1,45
1,15
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,45
1,5
-3,90 -3,70 -3,50 -3,30 -3,10 -2,90 -2,70 -2,50
L
o
g 
te
n
sã
o
 (
V
)
Log corrente (A)
Resistor VDR (20 ºC) - Log V x Log i
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
-3,70 -3,50 -3,30 -3,10 -2,90 -2,70 -2,50
L
o
g
 t
en
sã
o
 (
V
)
Log corrente (A)
Resistor VDR (60 ºC) - Log V x Log i
- Para temperatura ambiente de 60 ºC: y = 0,2557x + 2,1077, com R² = 0,9996 
Sendo assim, temos que β = 0,2557 e log C = a = 2,1077 → C = 128,14 
 
(d) O que é possível afirmar sobre os valores de resistência do VDR quando há uma 
mudança de temperatura? 
Ao aumentar a temperatura e aplicando a mesma tensão, por exemplo, de 19 Volts, 
vemos que a corrente elétrica com 20 ºC é de 0,00044 A e à 60 ºC é de 0,00057, calculando 
as resistências, temos que: 
- Resistência à 20 ºC: R = 19 / 0,00044 = 4,3 x 104 Ω 
- Resistência à 60 ºC: R = 19 / 0,00057 = 3,3 x 104 Ω 
Portanto, a resistência diminui quando há um aumento de temperatura no resistor VDR. 
 
Parte 3. 
(a) Construa a curva característica do PTC a partir dos dados experimentais. 
 
Gráfico 6: Curva característica do resistor PTC 
 
(b) É possível identificar uma região do gráfico em que o PTC se comporta como um 
resistor ôhmico? Se sim, indique o intervalo de tensões em que isso ocorre e determine 
a sua resistência em ohms. 
Sim, no início ele se comporta como um resistor Ôhmico, pois é praticamente uma 
reta, os intervalos são: 0 V – 8,00 V 
- Resistência: R = 1,9 / 46,1 = 0,04121 Ω 
- Resistência: R = 3,9 / 97,8 = 0,03987 Ω 
- Resistência: R = 5,9 /155,7 = 0,03789 Ω 
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
C
o
rr
en
te
 (
A
)
Tensão (V)
Resistor PTC
Vemos que, para valores baixos de tensão, de até 8 V, a resistência se mantém 
praticamente constante, os valores de resistência são aproximadamente 0,04 Ω, confirmando 
que ele segue a Lei de Ôhm. 
 
(c) Explique como o gráfico mostra que a resistência do PTC aumenta com a 
temperatura. – NÃO FIZEMOS PARA OUTRA TEMPERATURA 
 
Parte 4. 
(a) Construa a curva característica do diodo semicondutor para V > 0 a partir dos dados 
experimentais. 
 
Gráfico 7: Curva característica do resistor Diodo 
 
(b) Comente qualitativamente o gráfico. O mesmo ocorre para V < 0? 
Através do gráfico, vemos que quando a tensão aplicada aumenta, a corrente também 
aumenta. Para V <0 quando aumenta a tensão aplicada, a corrente diminui. Ocorre o inverso. 
 
(c) Tendo em vista como o circuito foi montado, explique por que a tensão na fonte 
difere significativamente da tensão no diodo. 
Porque usamos um resistor de proteção e, nele, a resistência passa a ser constante, 
e difere da tensão da fonte aplicada. 
 
Abaixo, segue os dados obtidos da prática, através dos vídeos. 
 
 
 
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
C
o
rr
en
te
 (
A
)
Tensão (V)
Resistor Diodo
Tabela1: resistor Lâmpada filamento W 
 
VOLTAGEM (V)CORRENTE (mA) 
1 0,00 0,00 
2 2,90 76,60 
3 6,59 129,40 
4 10,03 153,00 
5 14,82 177,80 
6 20,60 200,00 
7 25,20 220,00 
8 28,00 230,00 
 
Tabela 2: resistor NiCr 
 
VOLTAGEM CORRENTE (mA) 
1 0,00 0,00 
2 3,03 24,80 
3 5,96 50,20 
4 10,08 89,30 
5 15,06 134,20 
6 20,00 185,70 
7 24,90 240,00 
8 28,10 270,00 
 
Tabela 3: resistor Varistor VDR à 20 ºC 
 
VOLTAGEM (V) CORRENTE (mA) 
1 15,00 0,18 
2 17,50 0,32 
3 19,00 0,44 
4 22,00 0,78 
5 25,20 1,36 
6 28,00 2,13 
 
Tabela 4: resistor Varistor VDR à 60 ºC 
 
VOLTAGEM (V) CORRENTE (mA) 
1 14,80 0,22 
2 16,90 0,36 
3 19,00 0,57 
4 21,90 0,97 
5 25,00 1,67 
6 28,00 2,67 
 
 
 
Tabela 5: resistor Termistor TCR 
 
VOLTAGEM CORRENTE 
1 0,00 0,00 
2 0,45 13,60 
3 1,90 46,10 
4 3,90 97,80 
5 5,90 155,70 
6 8,00 230,00 
7 10,29 250,00 
8 12,22 250,00 
9 14,99 210,00 
10 20,10 170,00 
11 25,00 130,00 
12 28,00 120,00 
 
Tabela 6: resistor Diodo polarização direta 
 
VOLTAGEM (V) CORRENTE (mA) 
1 0,50 0,10 
2 1,00 2,30 
3 2,00 8,60 
4 3,00 15,60 
5 4,00 22,80 
6 6,00 36,30 
7 8,00 49,70 
8 10,00 63,50 
9 15,00 98,10 
10 19,90 130,90 
11 25,40 168,30 
12 27,60 183,70 
 
Tabela 7: resistor Diodo polarização reversa 
 
VOLTAGEM CORRENTE (micro A) 
1 -9,90 1,00 
2 -19,60 2,00