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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA Relatório da Prática: 7 RESISTÊNCIAS NÃO-ÔHMICAS ALUNA: Iana Evane Mota Batista CURSO: Bacharelado em Química DISCIPLINA: Física Experimental MATRICULA: 176125 TURMA: B PROFESSOR: Giovanni Cordeiro Barroso Junho – 2011 I – Introdução Os resistores que obedecem à equação mostrada na Figura 1 são denominados resistores ôhmicos. Para estes resistores a corrente elétrica ( i ) que os percorrem é diretamente proporcional à voltagem ou ddp (V) aplicada. Consequentemente o gráfico V versus i é uma linha reta, cuja inclinação é igual o valor da resistência elétrica do material, como mostra o gráfico abaixo, Fig. 1 - Resistores ôhmicos obedecem à lei de Ohm Observa-se, em uma grande família de condutores que, alterando-se a ddp (V) nas extremidades destes materiais altera-se a intensidade da corrente elétrica i, mas a duas grandezas não variam proporcionalmente, isto é, o gráfico de V versus i não é uma reta e, portanto eles não obedecem à lei de Ohm. Estes resistores são denominados de resistores não ôhmicos. Fig.2 - Resistores não ôhmicos não obedecem à lei de Ohm II – Objetivos - Verificar experimentalmente o comportamento de componentes não-ôhmicos; - Levantar e utilizar curvas características, para obter dados de elementos de um circuito; - Determinar o ponto de trabalho de um circuito através da reta de carga. III – Material - Fonte de tensão alternada variável: (0 – 240) Vac (Variac); - Duas lâmpadas, de 25-Watts e 60-Watts, respectivamente; - Resistor de 100- Ω, 20-Watts; - Multímetro. IV – Procedimento Experimental Pré-Laboratório Sejam dois resistores em série, um ôhmico ( R ) e outro não-ôhmico, (R N), alimentados por uma fonte de tensão, conforme o circuito apresentado na Figura 7.3 a) Usando os valores apresentados na Figura 7.3(a) e a característica de transferência (gráfico de V versus I) do resistor não-ôhmico apresentada na Figura 7.3 (b), determine a tensão e a corrente em cada componente do circuito. V(Volt) I(mA) Figura 7.3 b) Figura 7.3 a) E = VR + VRN ; logo: VR – R.I VRN = E – (R.I) Se VRN = 0 i = E/R, logo i = 0,01/1000 = 10mA (no primeiro ponto) Quando i = 0 VRN = E = 10 V ( no segundo ponto) No Ponto Q I = 7mA VRN = E – (R.I) VRN = 10 – (1000. 0,007) = 3V Logo, E = VR + VRN 10 = VR + 3 VR = 7V Procedimento experimental e Discussão 1 - Mediu-se o valor da resistência do Rnom 100Ω. Discussão: Foi verificado que o valor da resistência medida é de 79,6Ω. 2 – Montou-se o circuito como apresentado na Figura 7.4. 3 – Aplicou-se na lâmpada Li (25W) as tensões indicadas na Tabela 7.1. Mediu-se os valores correspondentes de tensão (VR), nos terminais no resistor R. R sendo um resistor ôhmico, e sabendo-se VR, é possível determinar a corrente do circuito. 4 – Para variar VL, variou-se a tensão de saída Variac. Anotou-se os resultados para o valor da tensão VL a partir da qual a lâmpada começa a incandescer (Vinc). Tabela 7.1 – Resultados para a lâmpada L1. Para calcular o valor para a corrente, utilizou-se a fórmula: I =(VR X 1000)/R VR valor da tensão em R. I(mA) L1 (25W, 240V) VL VR I V L (min) 0 0 5 1,7 21,4 10 2,6 32,7 15 3,0 37,7 V inc = 28,4 3,7 46,5 30 3,7 46,5 50 4,4 55,3 70 5,1 64,1 90 5,6 70,4 120 6,5 81,7 150 7,2 90,4 180 7,9 99,2 210 8,6 108,0 VL (máx) = 240 9,1 114,3 Rmed = 79,6 Ω. A incandescência ocorre quando a tensão atinge 28,4V. Para VL (máx) = 240V, corrente 114,3mA. Utilizou-se a escala de 200V para medição da tensão na lâmpada, em seguida utilizou-se a escala de 700 para medição da tensão 210. Tabela 7.2 – Resultados para a lâmpada L2. Para calcular o valor para a corrente, utilizou-se a fórmula: I = (VR X 1000)/R VR valor da tensão em R. I(mA) Rmed = 79,6 Ω. O valor da incandescência obtido foi de V inc = 22,2, VL (máx) = 233, com corrente de 241,2mA. 6 – Associou-se L1 e L2, em a paralelo, ligando-se o circuito à saída do transformador, sem o resistor R, conforme apresentado na Figura 7.5. Ligou-se o transformador ajustando o cursor de modo a obter aproximadamente 100V na saída. Comparou-se a luminosidade de L1 e L2. L2 (60W, 240V) VL VR I V L (min) 0 0 5 3,7 46,5 10 5,1 64,1 15 5,8 72,9 V inc = 22,2 6,6 82,9 30 7,3 91,7 50 9,0 113,1 70 10,5 131,9 90 11,8 148,2 120 13,6 170,9 150 15,3 192,2 180 16,8 211,0 210 18,2 228,6 VL (máx) = 233 19,2 241,2 Figura 7.5 – L1 e L2 em paralelo. Aplicando-se a tensão de 100V, a lâmpada de 60W mostrou uma maior luminosidade. L2, desviou maior corrente em virtude de uma maior potência. De acordo com a fórmula P = I.V, a potência é diretamente proporcional à corrente, sob uma tensão constante. 7 – Associou-se L1 e L2 em série, conforme a Figura 7.6, comparando-se a luminosidade. Figura 7.6 – L1 e L2 em série. A lâmpada L1 apresentou maior luminosidade pois L1 tem potência menor, logo ao ser ligada em série com L2, de potência maior. A ligação em série, limita a corrente no circuito, a um valor suficiente para incandescê-la, logo em L2, percorre a mesma corrente. QUESTIONÁRIO 1 – Qual a finalidade de R no circuito da figura 1? Como R é um resistor ôhmico, ao medir a voltagem, verifica-se a corrente, pois possui resistência fixa. O tipo de ligação é em série, logo a corrente que passa na lâmpada, é a mesma que passa na resistência R. 2 – Pode a tensão de saída do Variac ser maior que sua tensão de entrada (220V)? Pode, pois O Variac é o transformador. A voltagem da saída depende do número de espiras que está presente no interior. 3 – Levante as curvas características de cada lâmpada. Assinale no gráfico as tensões para as quais o filamento começa a incandescer. Construa as duas curvas no mesmo par de eixos. 4 – As resistências seguem à Lei de Ohm? Não. De acordo com o gráfico, observa-se a não linearidade, porém para qualquer ponto da curva, é válida a expressão V = R.I, porém obtém-se valores diferentes para cada ponto da curva. 5 – Antes e depois do ponto de incandescência, qual o comportamento de cada gráfico? Até o ponto de incandescência, o comportamento mostra-se linear. Após o ponto de incandescência, mudança na corrente, e o comportamento passa a não ser mais linear. 6 – Calcule pelos gráficos obtidos, as resistências de L1 e L2, quando ambas são submetidas a uma tensão de 100V, e depois a uma tensão de 200V. As correntes que são graficamente correspondidas são 72,6mA, e 182,2mA, respectivamente. Usando a relação V = R.I, R1 e R2 são 1377,4 Ω e 548,8 Ω. Na tensão de 200V, são 104,8 e 228,8mA respectivamente. Aplicando V = R.I, tem-se 1910,2 Ω, e 772,8 Ω. Para L1: V = R.I R = 100/0,0726 = 1377,4mA V = R.I R = 200/0,1048 = 1908,4mA Para L2: V = R.I R = 100/0,1822 = 548,8mA V = R.I R = 200/0,2228 = 897,7mA 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 I (mA) V ( V o lt s ) V inc V inc 7 – Considere que a fonte da Figura 5.1 está regulada em 240V. Trace a reta de carga no gráfico da questão 3 e determine o ponto de trabalho da Lâmpada L1. Verifique se os valores obtidos para i e V sobre a lâmpada são compatíveis com os valores experimentais. Para L1, o ponto de trabalho Q, é a intersecção do ponto da resistência para com a curva L1. E = VR + VRN ; VRN = E – (R.I) I = E/R I = 240/100 = 2400mA. (primeiro ponto) I = 0 VRN = E VRN = 240V (segundo ponto) Ponto Q: I = 110mA. VRN = E – (RI) VRN = 240 – (100X0,11)= 229V. VR = 11V. 8 – Usando os gráficos da questão 3, calcule as correntes em cada uma das lâmpadas caso as mesmas sejam ligadas em paralelo a 110V. O gráfico mostra que pode-se determinar o valor da corrente, traçando-se uma linha horizontal, em 110V, observado o ponto em que ela intercepta as curvas das lâmpadas. L1 = 78,2mA e L2 = 161,7mA. 9 – Como você explica o fato de i depender de V não-linearmente. Para resistências não-ôhmicas, não há linearidade. Logo para cada diferença de potencial, há resistência diferente. VI – Conclusão Verificou-se através do gráfico, e experimentalmente, o comportamento de resistores não-ôhmicos. Com o aumento da tensão, para ambas as curvas, observou-se atenuação da corrente, como o aumento da tensão. Conclui-se portando que a lâmpada que ocorre incandescência, trata-se de um resistor não-ôhmico. VII - Bibliografia 1. Sears e Zemansky - Física - Eletricidade, Magnetismo e Tópicos de Física Moderna – Volume 3 – 2ª Edição - Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 1990. 2. Manual: Roteiros de Práticas de Eletricidade e Magnetismo – Para a Disciplina de Física Experimental I – Prof: Nildo Loiola Dias e Giovanni Cordeiro Barroso – 2011.