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BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA – LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO – UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI- ÁRIDO – CAMPUS CARAÚBAS RIO GRANDE DO NORTE. RELATÓRIO DO EXPERIMENTO 06 – ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES CARAÚBAS – RN 2022 ARTHUR ITALO NASCIMENTO FERREIRA DAILTON MORAIS DE CARVALHO HUGO VINICIUS LEITE QUEIROZ THAYZA LOPES DE ARAÚJO RELATÓRIO DO EXPERIMENTO 06 – ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES RELATÓRIO APRESENTADO A DISCIPLINA DE LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO MINISTRADA PELO DOCENTE MACKSON MATHEUS FRANÇA NEPOMUCENO REFERENTE AO SEXTO EXPERIMENTO REALIZADO NO SEMESTRE 2022.1. CARAÚBAS – RN 2022 TÍTULO DO RELATÓRIO: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES INTRODUÇÃO Em 1827 Georg Simon Ohm foi o físico e matemático alemão responsável por descobrir a função dos resistores. Um dos componentes mais importantes para o bom funcionamento de um circuito. Um resistor fornecerá resistência à passagem de corrente, limitando a quantidade de corrente que passará por outro componente presente no circuito antes de atingi-lo. Em circuitos onde cada área pode precisar ter um valor de corrente específico, os resistores são os componentes usados para equilibrar a corrente. Dependendo da necessidade de corrente para interromper o circuito, um único resistor pode controlar efetivamente o fluxo de corrente, pois seu valor de resistência pode ser maior ou menor. A resistência necessária para cada parte do circuito é obtida colocando resistores em paralelo, em série ou mistos. PROBLEMA A associação de Resistores acontece quando um determinado circuito há dois ou mais resistores. Assim, há três tipos de associação: associação em paralelo, em série e mista. Quando é feito a análise de um circuito é encontrado a resistência equivalente dele, o valor que sozinho poderia substituir todo o circuito. Entretanto quando a analise desse circuito é feito de maneira manual para cada resistor, o valor encontrado as vezes pode não ser o real devido a erros no decorrer do experimento, logo se faz necessário fazer a associação dos resistores e assim verificar o erro relativo do experimento. REFERENCIAL TEÓRICO Os resistores são dispositivos que controlam a passagem da corrente elétrica em circuitos elétricos por meio do efeito joule, convertendo a energia elétrica em calor. Geralmente esses resistores são fabricados em materiais dielétricos que possuem grande resistência elétrica, e essa resistência que os fazem capazes de reduzir a passagem da corrente em um circuito, mas também existe os resistores que facilitam a passagem da corrente elétrica, pois ele é um condutor de elétrons.[3] A figura 01, são representações de resistores. Figura 01: Representação de resistores Fonte: Brasil Escola, 2022. No mercado encontra diferentes tipos de resistores que apresentam uma variação na resistência elétrica, onde essa resistência varia a partir da temperatura, iluminação. Mesmo com tantos no mercado, o de uso para prática e elaboração deste relatório foi o resistor ôhmico que possui resistência estática, mesmo tendo grande intervalos de tensões elétricas. A resistência dos resistores é determinada por cinco diferentes cores, que o próprio resistor possui em listras na sua formação. É conhecido como código de cores, onde as duas primeiras faixas indicam o valor da resistência, a terceira listra é o múltiplo e a última faixa é a tolerância. A figura 02 abaixo, é uma representação gráfica de um resistor e identificação do código de cores. Figura 02: Código de cores Fonte: Google imagens, 2022. Os resistores ôhmicos são os que obedecem a condição que a Primeira Lei de Ohm determina, onde a resistência não depende da tensão elétrica que é posta sobre eles. Com isso, a razão entre a diferença de potencial e a corrente elétrica é constante e tem resistência elétrica equivalente. Chegamos assim à equação 1, que é a determinação da resistência elétrica de um circuito de acordo com Halliday, 2016. [2] 𝑅 = 𝑉 𝑖 Eq. 1 R - Resistência elétrica (Ω) V – Diferença de potencial (V) i – Corrente elétrica (A). Comprimento, área transversal e resistividade do material são outros fatores responsáveis que afetam a medida da resistência e já estão relacionadas a Segunda Lei de Ohm e pode ser determinado pela equação 2. 𝑅 = ρ𝐿 𝐴 Eq. 2 R - Resistência elétrica (Ω) ρ – resistividade (Ω.m) L – Comprimento (m) A – área transversal (m²) Associação de resistores Como nos capacitores, é possível também utilizar os resistores para associações, sendo assim três tipos que são em série, em paralelo e mista as mesmas servem para composição de um circuito. Associação em série Associação em série estão ligados continuamente em um determinado circuito, mantendo a corrente que atravessa em todos iguais [2]. A figura 3, é uma representação de uma associação de resistores em série de um circuito. Figura 3: Associação de resistores em série. Fonte: Toda matéria, 2022. A resistência equivalente desta associação se dá pela a soma de todos os resistores, de acordo com o Halliday, 2016. [4]. 𝑅𝐸𝑞 = 𝑅1+𝑅2+𝑅3 + ⋯ + 𝑅𝑛R Eq. 3 Associação em paralelo A associação em paralelo, todos os resistores estão submetidos a diferença de potencial igual, onde a corrente elétrica se divide em ramos do circuito como ilustrado na figura 4. Figura 4: Associação em paralelo Fonte: Google imagens, 2022. Assim para se achar a resistência equivalente na associação em paralelo é pela soma dos inversos das resistências de cada resistor que está no circuito. 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 + ⋯ + 1 𝑅𝑛 Eq. 4 Os erros em experimentos são bem presentes, principalmente em experimentos que envolvem diversos componentes, com valores diferentes, que serão usados em procedimentos repetitivos, por isso se faz o calculo de erros onde se obtém limites de tolerância dentro do valor real. Diminuindo a geração de erros maiores. 𝐸𝑅 = |1 − 𝑅𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑅𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 | . 100 % Eq. 5 METODOLOGIA Instrumentos de coletas de dados: O experimento descrito a seguir foi realizado no laboratório da disciplina de eletricidade e magnetismo da UFERSA, campus Caraúbas. E é válido como parte da nota da II unidade da disciplina, o experimento contou com o auxílio do professor da disciplina no qual inicialmente explicou toda parte teórica por trás do procedimento que estávamos prestes a fazer, assim como nos auxilio durante toda a realização. Os componentes em cada bancada permaneceram os mesmos dos experimentos anteriores. E como de costume, as bancadas foram encontradas previamente preparadas pelo técnico de laboratório, na qual todos os equipamentos necessários estavam previamente preparados para uso. Os equipamentos são descritos a seguir e demostrado na figura 5: • Multímetro; • Placa protoboard; • Resistores; • Cabos pra conexão (banana/jacaré). Figura 5: Materiais utilizados. Fonte: Autoria própria, 2022. Método de análise: Inicialmente, com o uso do multímetro foi medidos a resistência de cada um dos componentes, fizemos isso colocando o resistor em nossa protoboard para melhor ficar de medir a resistência em seus terminais, em seguida conectamos o cabo de medição de cor preta ao borne comum do multímetro, a outra extremidade do cabo foi ligada a um dos terminais do resistor,logo depois conectamos o cabo de medição de cor vermelha ao terminal do resistor que se encontrava livre, ligamos o multímetro e o ajustamos na escala adequada para medir resistência, por fim, a extremidade do cabo de cor vermelha foi ligada ao borne que indica medição de resistência no multímetro, e então a resistência daquele resistor era mostrada no visor do multímetro. O procedimento repetiu-se para cada um dos componentes que tínhamos. Feito isso, foi calculada teoricamente a resistência equivalente esperada para medição destes componentes associados em série e em paralelo. Dando sequência ao procedimento experimental montamos e medimos essas associações. A primeira delas foi a associação em série, no qual os componentes foram organizados na protoboard um após o outro, de forma que tenham um ponto em comum. O cabo de medição na cor preta foi conectado ao borne comum do multímetro e sua outra extremidade foi conectada a um dos terminais da associação, em seguida, o cabo de medição de cor vermelha foi conectado ao terminal que se encontrava livre na outra extremidade da associação. Ligamos o multímetro e o ajustamos para medir resistência, e por fim, ligamos a extremidade do cabo vermelho ao borne do multímetro que indica a medição de resistência. Logo, a resistência equivalente para esta associação foi de 451,07 Ω, mostrada no visor do multímetro como ilustra na figura 6. Figura 6: Associação em série. Fonte: Autoria própria, 2022. Prosseguimos o experimento, associando estes componentes em paralelo, no qual foram arranjados na protoboard de forma que tivessem dois pontos em comum. Com o cabo de medição de cor preta conectado ao borne comum do multímetro a sua outra extremidade foi conectada em um dos terminais do primeiro resistor na associação. Em seguida, o cabo de medição de cor vermelha foi conectado em um dos terminais do último resistor associado, mesmo sabendo que os resistores não possuem polaridade, a forma como os cabos de medição foi ligada na associação é como se um fosse ligado ao terminal positivo da associação, enquanto o outro é ligado ao terminal negativo da associação, porém, um é conectado no primeiro e outro no último resistor associado. Ligamos o multímetro e o ajustamos para medir resistência, por fim, ligamos a extremidade do cabo vermelho ao borne do multímetro que indica a medição de resistência. A resistência equivalente para esta associação foi 46,04 Ω, observada no visor do multímetro da figura 7. Figura 7: Associação em paralelo. Fonte: Autoria própria, 2022. Calculamos o erro relativo percentual para os valores da resistência equivalente que encontramos na associação em série e em paralelo. Assim, o procedimento experimental foi dado como encerrado, então os equipamentos foram desmontados e a bancada foi reorganizada, conforme tínhamos encontrado. OBJETIVOS Objetivos Geral O objetivo geral desse experimento foi estudar de maneira prática a associação dos resistores, a importância de saber distinguir a associação para vários resistores em um sistema, além de analisar as resistências de cada um, determinando a equivalência, que é definida pela resistência total dos resistores associados, após ser calculada. De acordo com o experimento realizado em laboratório, será expressado cada objetivo proposto. Objetivos Específicos • Associar os resistores: em série e paralelo • Medir as resistências dos três resistores da bancada; • Nomeá-los como R1, R2, R3; • Calcular as respectivas resistências equivalentes dos resistores. • Calcular o erro relativo percentual; ANÁLISE DE DADOS Na parte inicial do experimento, quando medimos a resistência teórica em cada um dos resistores sem nenhuma associação como mostra a figura 8, obtivemos que estas eram: 𝑅1𝑇 = 151,23 Ω 𝑅2𝑇 = 98,56 Ω 𝑅3𝑇 = 200,90 Ω Figura 8: Resistores Fonte: Autoria própria, 2022. Ao calcular o valor teórico da resistência equivalente da associação em série pela a equação 3, onde o resultado é o valor que esperávamos medir, obtendo assim o seguinte resultado: 𝑅𝐸𝑞 = 𝑅1+𝑅2+𝑅3 + ⋯ + 𝑅𝑛R Eq. 3 𝑅𝑒𝑞𝑇 = 151,23 + 98,56 + 200,90 𝑅𝑒𝑞𝑇 = 450,69 Ω Para a associação em paralelo, quando calculamos a resistência equivalente teórico usando a equação 4, para obtermos o valor que esperávamos medir, o resultado encontrado é mostrado a seguir: 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 + ⋯ + 1 𝑅𝑛 Eq. 4 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 151,3 + 1 98,56 + 1 200,90 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 0,021733 𝑅𝑒𝑞𝑇 = 46,01Ω Quando medimos experimentalmente a resistência equivalente para a associação em série, obtivemos que esta era de: 451,07 Ω Ao medir experimentalmente a resistência equivalente para a associação em paralelo, obtivemos que esta era de: 46,04 Ω Fazemos uso da equação 5 para calcular o erro relativo percentual da resistência equivalente da associação em série encontrando o seguinte valor: 𝐸𝑅 = |1 − 𝑅𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑅𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 | . 100 % Eq. 5 𝐸𝑟 = | 1 − 450,69 451,07 | ∗ 100% 𝐸𝑟 = 84,24 ∗ 10−5 % Quando calculamos com uso da equação 5 de erro relativo percentual da resistência equivalente da associação em paralelo o valor encontrado é mostrado a seguir: 𝐸𝑅 = |1 − 𝑅𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑅𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 | . 100 % Eq. 5 𝐸𝑟 = | 1 − 46,01 46,04 | ∗ 100% 𝐸𝑟 = 65,16 ∗ 10−5 % CONCLUSÕES Entende-se que o experimento de associação de resistores realizado, tem como objetivo melhorar a compreensão do conteúdo teórico da disciplina de Eletricidade e magnetismo, a qual passa a fundamentação física de associações de resistores em série, em paralelo e mista, envolvendo também a Lei de Ohm, entre outros conceitos apresentados. Através deste, conseguimos comprovar a Lei de Ohm, onde diz que todos os materiais que estão sujeitos a uma diferença de potencial possuem uma resistência constante a passagem de uma corrente elétrica. Como também em circuitos ôhmicos a diferença de potencial (ddp) é continuamente equilibrada a corrente que passa pelo o circuito, onde esse equilíbrio é a resistência. A associação em série deixou expressa que se associada a uma corrente ela vai possuir a mesma corrente em todo o percurso do seu circuito, mas com a tensão variando nos resistores, já a associação em paralelo se associado a uma corrente, se divide nos terminais do circuito, ocorrendo assim a divisão da corrente, e a tensão em cada resistor nessa associação se manterá a mesma. Portanto, observou-se que para as medições experimentais da resistência equivalente tanto na associação em série como em paralelo, os valores obtidos foram bem coincidentes com os valores que eram esperados, possuindo mesmo assim valores baixo de erro relativo. Entretanto, o experimento atendeu os objetivos estabelecidos e podendo colocar em prática, além de ambientar mais o grupo com os dispositivos eletrônicos que está presente em nosso dia a dia constantemente. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] AZEVEDO, Amanda Maria (ed.). RESISTORES: componentes responsáveis por transformar energia elétrica em térmica. São Paulo: Educa Mais Brasil, 2019. Associação de resistores. [2] GOUVEIA, R. Associação de Resistores. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/associacao-de-resistores/>. Acesso em: set. 2022. [3] HELERBROCK, Rafael. “Resistores”; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/resistores.htm. Acesso em 28 de setembro de 2022. [4] HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física -Vol. 3 - Eletromagnetismo, 10ª edição. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2016. [5] TIPLER, PaulA.; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros: Eletricidade e Magnetismo, Óptica. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014. 556 p. v. 2 https://brasilescola.uol.com.br/fisica/resistores.htm