UNINOVE – Centro Universitário Nove de Julho Centro de Ensino Tecnológico e de Formação Específica Tecnologia em Radiologia Médica
Física Geral - Aula Prática: MEDIDAS ELÉTRICAS
INTRODUÇÃO Quando Quando os term termina inais is de um condu condutor tor elétri elétrico co são são subme submetid tidos os a uma diferen diferença ça de potencial elétrico (d.d.p.), verifica-se através do mesmo um movimento ordenado de cargas elétricas, o qual denominamos corrente corrente elétrica. Os condutores elétricos que estamos acostumados a ver são geralmente metálicos, no estado sólido. Os mais comuns são de cobre ou de alumínio. Entretanto, convém ressaltar que muitos outros materiais são utilizados com essa finalidade e não necessariamente sólidos. Nesta etapa estaremos estudando alguns casos particulares em que a corrente elétrica se cara caract cter eriz iza a como como o prin princi cipa pall fenô fenôme meno no,, do qual qual vári várias as cara caract cter erís ísti tica cas s pode podem m ser ser destacadas.
CONCEITOS A razão entre a quantidade de carga elétrica que passa por uma secção transversal de Intensidade e média de um condu condutor tor e o interv intervalo alo de tempo tempo consi consider derado ado é denom denomina inada da Intensidad Corrente Elétrica e é indicada por: . i
=
∆q ∆t
Considerando um condutor elétrico no qual se tem a intensidade de corrente elétrica i, devido à uma d.d.p. U, o físico alemão George George Simon Ohm Ohm (1787 – 1854), 1854), definiu a grandeza grandeza física denominada RESISTÊNCIA ELÉTRICA ( R ) pela razão:
.
R
U i
Desta forma, pode-se escrever a lei matemática
U = R . i, conhecida por Lei de Ohm.
Os condu conduto tores res elétri elétricos cos que obedec obedecem em à essa essa lei, lei, possu possuem em a resist resistênc ência ia elétr elétrica ica constante e são denominados Condutores ôhmicos . Os condutores que não obedecem à essa lei não possuem a resistência elétrica constante e são denominados Condutores não ôhmicos.
U U3
U3
U2
U2
U1
U1
i 0
i1
i2 i3
U1
U2
U3
i1
i2
i3
U
i
0
i1 U1 i1
Condutores ôhmicos.
i2 i3 U2 i2
U3 i3
Condutores não ôhmicos.
Os condutores elétricos que transformam a energia elétrica “que por eles passa” exclusivamente em energia térmica são denominados Resistores. Esse efeito de transformação de Energia Elétrica em energia Térmica é conhecido por EFEITO JOULE , em homenagem ao físico britânico James Prescott Joule (1818 –1889)
Os resistores são largamente utilizados em nosso cotidiano, como por exemplo, nas Torneiras Elétricas, Lâmpadas Incandescentes, Churrasqueiras Elétricas, etc. R A representação representação gráfica comum de um resistor é , porém, segundo a ABNT R (Associação Brasileira de Normas Técnicas), a representação gráfica de um resistor é Os resist resistore ores s com os quais quais traba trabalha lharem remos os são pratic praticame ament nte e resist resistore ores s ôhmico ôhmicos, s, portanto, obedecem à Lei de Ohm. Por questões de simplicidade, alguns resistores têm sua resistência elétrica indicada por meio de um código de cores. A tabela seguinte servirá de roteiro para que possamos conhecer as resistências elétricas dos resistores a serem utilizados.
Porcentagem de erro Expoente da potência de dez Unidade do fator que multiplica a potência de dez Dezena do fator que multiplica a potência de dez
Obs: A MEDIDA É DADA EM OHMS (
)
COR
ALGARISMO
Preto Marrom Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Cinza Branco
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ERRO PERCENTUAL (TOLERÂNCIA) CÔR ERRO PERCENTUAL Ouro Prata SEM CÔR
5% 10% 20%
A medida da resistência elétrica é indicada por um fator com dois algarismos significativos, o qual multiplica uma potência de dez. O primeiro algarismo da esquerda para a direita, relativo a uma faixa colorida consta constante nte no código código de cores cores tabela tabelado do anteri anteriorme ormente nte,, corres correspon ponde de à dezena do fator multiplicativo. O segundo algarismo corresponde à unidade desse desse mesmo mesmo fator fator e o tercei terceiro ro algaris algarismo mo corres correspon ponde de ao expoen expoente te da potência de dez mencionada. Ocor Ocorre rem m caso casos s em que que exis existe te uma uma quart quarta a faix faixa. a. Esta Esta corre corresp spon onde de ao erro erro percentual relativo. Se eventualmente esta faixa não existir, considera-se que a medida indicada está acompanhada de um erro de até 20%.
Ex:
prata vermelho violeta
Laranja
3
Violeta
7
Vermelho
2
Prata
10%
ou R = 3,7 k
10%
laranja Neste caso a resistência elétrica é R = 37 . 102
10%
Também é possível determinarmos a medida da resistência elétrica de um condutor ou de um resistor, utilizando um instrumento de medida para essa finalidade, conhecido por
ohmímetro.
NOTA: Alguns ohmímetros, antes de serem utilizados, devem ser zerados. Para tanto colocamos seus terminais de conexão em curto circuito. Isto é feito encostando-se as pontas de prova uma à outra. Outros ohmímetros não apresentam a possibilidade de serem zerados, portanto, se o instrumento apresenta algum valor assinalado no visor antes de sua utilização, o mesmo deve ser compensado na medida obtida. Para podermos utilizar associações de resistores em circuitos elétricos é necessário que conheçamos todas as possibilidades existentes e dentre elas eleger a(s) mais conveniente(s) para o nosso caso. Tem-se a possibilidade de uma Associação em Série, de uma Associação em Paralelo ou de uma uma As Asso soci ciaç ação ão Mist Mista, a, ou seja seja,, uma uma asso associ ciaç ação ão onde onde algu alguns ns resi resist stor ores es estã estão o associados em série entre si e estes, por sua vez, em paralelo com outros, ou vice-versa. Determ Determina inarr a Resist Resistênc ência ia Equiva Equivalen lente te de uma associ associaçã ação o de resist resistore ores s signif significa ica determinar a Resistência Elétrica de um resistor cujo efeito no circuito é o mesmo produzido pela associação. Para determinar a Resistência Equivalente é necessário que tenhamos os conceitos destacados na experiência anterior.
•
ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE Dois ou mais resistores estão associados em série entre si, quando por eles passa a mesma corrente elétrica .
R1
R2
n
R3
A
R eq
Ri i 1
B •
= R1 + R2 + R3 + ... + Rn
ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO R1
A
n
1
R2
R eq
B
R3
PROCEDIMENTO
i 1
1 Ri
1 R1
1 R2
1 R3
1
Rn
EXPERIMENTAL
PARTE 1 OBJETIVOS: 1. 2. 3. 4.
Reconhecer um resistor. Saber determinar a resistência elétrica de um resistor utilizando o código de cores. Reconhecer um multímetro e operar o instrumento como ohmímetro. Determinar a resistência equivalente de uma associação em série e em paralelo.
MATERIAL: 1. 2. 3. 4.
Resistores diversos. Painel Acrílico ou Pront-o-labor Pront-o-labor (Matriz de Contato). Multímetro digital. Fios para conexões.
PROCEDIMENTO: 1. Utilizando-se do código de cores, ler as resistências elétricas dos resistores R1, R2, e R3. R1 = ( 2.
)____
R2 = (
____
)____
R3 = (
Utilizando-se do ohmímetro, medir as resistências elétricas dos resistores
R1 = (
)____
R2 = (
____
)____
R3 = (
) R1, R2 e R3. )
3. Associar os resistores R1, R2 e R3 em série entre si e determinar a resistência elétrica equivalente à associação:
a. Utilizando as medidas do item 1. Req. = ( b.
)____
Utilizando as medidas do item 2.
Req. = (
)____
4. Utilizando-se do ohmímetro, medir a resistência elétrica entre os terminais livres dos resistores R1 a R3. Req. = (
)____
5. Compare os resultados obtidos nos itens 3 e 4 e justifique as possíveis diferenças.
6. Repetir os ítens 3, 4 e 5 com os resistores associados em paralelo. PARTE 2 OBJETIVOS: 1. Operar o multímetro voltímetro e amperímetro. 2. Determinar a tensão e a corrente em um circuito de resistores em série e em paralelo. 3. Verificar o comportamento de um resistor ôhmico.
MATERIAL: 1. 2. 3. 4. 5.
Resistores diversos. Painel Acrílico ou Pront-o-labor Pront-o-labor (Matriz de Contato). Multímetro digital. Fios para conexões. Fonte de corrente contínua.
PROCEDIMENTO: 1.
Regular a fonte para uma tensão de 5 V utilizando o voltímetro.
Observação:
Medida de tensão - Voltímetro em Paralelo Medida de corrente - Amperímetro em série
2.
Associar os resistores R1, R2 corrente em cada um.
T1 = (
)____
i1 = ( 3.
)____
e R3 em série entre entre si e determ determina inarr a tensão tensão e a
T2 = (
)____
T3 = (
)____
i2 = (
)____
i3 = (
)____
Associar os resistores R1, R2 e R3 em paralelo entre si e determinar a tensão e a corrente em cada um.
T1 = (
)____
i1 = ( 4.
)____
T2 = (
)____
T3 = (
)____
i2 = (
)____
i3 = (
)____
Associar os resistores R1, R2 e R3 em série entre si e variar a tensão da fonte. Medir a tensão e a corrente total do circuito cinco vezes.
Tensão
Corrente
1 2 3 4 5 5.
Construir um gráfico da tensão x corrente e determinar a resistência total do circuito.
6.
Comparar com a resistência equivalente determinada na Parte 1 da experiência.
1. Capa 2. Sumário 3. Resumo ( + ou - 20 linhas) 4. Introdução teórica ( + ou - uma página) 5. Materiais e Métodos 6. Resultados 7. Discussão (entregar gráfico em papel milimetrado) 8. Conclusão 9. Bibliografia
