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1 Universidade Estadual de Feira de Santana – UEFS Departamento de Física Disciplina: FIS310 – Física III Experimental Docente: João Cardeal de Azevedo Engenharia de Alimentos Relatório de aulas práticas: Lei de Ohm e Associação de Resistores Componentes: Indira Tainá de Oliveira Santos Ivo Henrique Pinto Andrade Marcela França Libório Paula Grazyella Coelho Silva Feira de Santana, BA Maio, 2015 2 Sumário Introdução..........................................................................................3 Objetivo Geral....................................................................................4 Objetivo especifico............................................................................4 Materiais Utilizados............................................................................4 Procedimento.....................................................................................5 Resultados.........................................................................................5 Conclusão..........................................................................................8 Bibliografia.........................................................................................9 3 Introdução A corrente elétrica é definida como o fluxo de cargas que vai de um ponto a outro. A corrente ocorre devido a uma diferença de potencial existente entre esses pontos. Por exemplo, duas cargas a determinada distância e que possuem sinais opostos, quando ligadas através de um condutor, é gerado um campo elétrico que faz com que as cargas livres nele se movimentem ordenadamente no sentido de uma das cargas. Quando a corrente segue um caminho que forma um circuito fechado, esse caminho chama-se circuito elétrico. Para que haja então um circuito elétrico é preciso produzir uma diferença de potencial entre dois pontos para que seja gerada corrente no condutor, essa diferença de potencial também é chamada de voltagem e pode ser produzida por geradores elétricos. A corrente se desloca em um meio material, entretanto, o meio oferece certa dificuldade ao fluxo das cargas. Essa característica é chamada de Resistência e tem a ver com a natureza de cada material. Quanto maior a resistência do meio, menor a corrente a passar por ele em uma determinada voltagem. A Lei de Ohm define que a Resistência de um material é encontrada pela razão entre a Voltagem (V) e a Corrente (i): 𝑅 = 𝑉 𝑖 As unidades no SI para a corrente, voltagem e resistência são respectivamente: Ampère (A), Volts (V) e Ohm (Ω). Resistores são peças que possuem material resistente à passagem da corrente elétrica e podem ser usados em circuitos elétricos. Os resistores podem se encontrar associados de duas formas: em série ou em paralelo. Figura 1: Associação de resistores em série e em paralelo, da esquerda para a direita. 4 Quando dois resistores são associados em série, por exemplo, sua resistência equivalente é igual a soma da resistência dos dois resistores, o mesmo ocorre para a voltagem equivalente que é igual a soma das voltagens nos terminais de cada resistor. Além disso, a corrente que passa por eles é a mesma. 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 Já para dois resistores associados em paralelo, a corrente equivalente é igual a soma das correntes que passam por cada resistor. A voltagem nos dois resistores é a mesma e a resistência equivalente é dada por: 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 Objetivo geral Obter noções básicas de circuitos elétricos. Usar os conhecimentos teóricos numa experimentação prática voltada aos conceitos de corrente elétrica, voltagem e resistência, relacionando estes conceitos através da Lei de Ohm. Objetivo específico Determinar a voltagem e a corrente em um circuito com resistor, observando como a corrente varia com a variação da voltagem. Medir a voltagem e corrente em circuitos com resistores associados em série. Materiais utilizados - Fonte de alimentação (± 0,05); - Multímetro digital (± 0,5%*|Leitura| + 2D); - Amperímetro analógico 20mA (± 0,8%*|Leitura| + 1D); - Resistores 10kΩ. - Pront-Board 5 Procedimento Parte 1: Montou-se um circuito conectando um resistor de 10kΩ no pront-board, e utilizando o multímetro mediu-se a voltagem e a corrente nos terminais do resistor, variando a voltagem na fonte de alimentação. Foram medidas voltagens de 0 a 10 volts, variando-se de 2,0 em 2,0 volts. Parte 2: Montou-se um circuito contendo uma associação em série de dois resistores de 10kΩ conectados no pront-board, e com o multímetro mediu-se a voltagem nos pontos AB, BC e AC da figura 2, sem variá-la na fonte de alimentação, quando esta última, fornecia 2,0 volts. Da mesma forma, mediu-se a corrente nos pontos A e B, conforme a figura 2. Figura 2: Esquema de circuito com associação de resistores em série. Com os dados obtidos no experimento foram feitos gráficos para determinar a resistência dos resistores através da Lei de Ohm e da associação de resistores. Resultados Parte 1 A partir das medições foram encontrados os seguintes valores de corrente e voltagem na parte 1 do experimento que foram postos em forma de tabela: 6 Tabela 1: Corrente no circuito e suas respectivas voltagens na fonte e no multímetro. 𝐢 ± 𝛔𝐢 (𝐦𝐀) 𝐕𝐟𝐨𝐧𝐭𝐞 ± 𝛔𝐯 (𝐕) 𝐕𝐦𝐮𝐥𝐭 ± 𝛔𝐯 (𝐕) 0,00 ± 0,01 0,0 ± 0,05 0,10 ± 0,2 0,30 ± 0,01 2,1 ± 0,05 2,23 ± 0,2 0,40 ± 0,01 4,0 ± 0,05 4,13 ± 0,2 0,60 ± 0,02 6,1 ± 0,05 6,16 ± 0,2 0,80 ± 0,02 8,1 ± 0,05 8,19 ± 0,2 1,00 ± 0,02 10,0 ± 0,05 10,05 ± 0,2 Utilizando a Lei de Ohm, que diz que a resistência equivale a razão entre a voltagem e a corrente (R = V/i), foram construídos gráficos V x i, que foi submetido à regressão linear e encontrou-se então uma equação da reta. Na equação encontrada, é possível determinar o valor da resistência, já que V=R*i, onde R corresponde ao coeficiente angular de uma equação do tipo y=ax + b. Gráfico 1: Voltagem da fonte versus corrente do circuito. Gráfico 2: Voltagem do multímetro versus corrente do circuito y = 1928ralx - 1900ral R² = 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ralV o lt a g em d a f o n te ( V ) Corrente do circuito (A) y = 1928ralx - 1900ral R² = 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral V o lt a g em d o m u lt ím et ro (V ) Corrente do circuito (A) 7 Nos gráficos, o coeficiente angular corresponde a resistência do material pelo qual a corrente percorreu. O valor encontrado foi de 10.375 ohms (Ω=V/A), que pode também ser escrito como 10,375k Ω. Esse resultado é bastante próximo do valor do resistor utilizado que foi de 10k Ω, isto significa que em um fio condutor a resistência do material é tão pequena que se torna praticamente desprezível quando é colocado um resistor de grande resistência no circuito. Além disso, é possível observar que em ambos os gráficos obteve-se o mesmo valor de resistência, apesar dos diferentes valores de voltagem utilizados. O multímetro é um equipamento mais sensível que a fonte, fornecendo então valores mais precisos e isso pode ser comprovado observando os R2 das retas. A primeira reta teve R2=0,990, já a segunda reta teve R2=0,991. Sabendo que quanto mais próximo de 1 o valor de R2 mais preciso são os valores determinados por ela, pode-se observar, mesmo que sutilmente, uma maior precisão no multímetro. Parte 2 A partir dos valores medidos no circuito com associação em série, foram montadas as tabelas a baixo: Tabela 2: Corrente nos pontos A e B docircuito, sob a voltagem de 2,1V Ponto no circuito 𝐢 ± 𝛔𝐢 (𝐦𝐀) A 0,10 ± 0,01 B 0,10 ± 0,01 Tabela 3: Voltagens nos pontos AB, BC e AC do circuito Ponto no circuito 𝐕𝐦𝐮𝐥𝐭 ± 𝛔𝐯 (𝐕) AB 1,12 ± 0,2 BC 1,08 ± 0,2 AC 2,21 ± 0,2 Com os dados medidos foi possível ainda calcular os valores das resistências dos resistores isolados e a resistência total do circuito, através da Lei de Ohm, utilizando as correntes e as voltagens medidas. 8 Tabela 4: Resistências dos resistores e total do circuito Observando os valores de correntes medidas em dois pontos do circuito, conclui- se que a corrente é a mesma que passa por ambos os resistores. Além disso, observa-se que a voltagem total existente no circuito foi aproximadamente igual à soma das voltagens medidas nos terminais de cada resistor. Por fim, ao analisar a resistência equivalente do sistema do circuito, percebe-se que esta é aproximadamente igual à soma das resistências dos resistores. Resistor Resistência (kΩ) R1 11,2 R2 10,8 Req 22,1 9 Conclusão A partir do experimento realizado, foi possível observar a relação linear existente entre a voltagem aplicada e a corrente que passa pelo fio condutor, relativizando-a assim, com a lei de Ohm, atingindo o objetivo do experimento. Observou-se também que o valor encontrado para a resistência do circuito permaneceu constante, apesar das diferentes voltagens empregadas. Em uma associação em série de resistores, a corrente sempre será a mesma em qualquer ponto do circuito, a voltagem total pode ser calculada através da soma das voltagens nos resistores, assim como a resistência equivalente do mesmo. Além disso, o estudo proporcionou perceber a sensibilidade dos equipamentos de medida utilizados, bem como a aplicação de cada um deles no objetivo a ser alcançado, ampliando as noções práticas empregadas no laboratório, e o conhecimento teórico necessário para compreensão do experimento. 10 Bibliografia YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Sears & Zemansky – Física III Eletromagnetismo. Ed 12. Pearson: São Paulo, 2013. http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/corrente.php http://www.mundoeducacao.com/fisica/circuito-eletrico.htm http://pt.wikipedia.org/wiki/Resistor http://www.ufjf.br/fisica/files/2010/03/LabEleaula1.pdf http://dfnae.fis.uerj.br/twiki/pub/DFNAE/FisicaGeral20141Turma01/Slides-Fisica- Geral_Aula5-Limites-de-Erro-Instrumentos_resumido.pdf Sites acessados em 11/05/2015. http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/corrente.php http://www.mundoeducacao.com/fisica/circuito-eletrico.htm http://pt.wikipedia.org/wiki/Resistor http://www.ufjf.br/fisica/files/2010/03/LabEleaula1.pdf
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