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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Física

RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE FÍSICA B: 1ª LEI DE OHM

Alunos: Célio Menezes Silva Jhonata da Silva Lopes Mateus Santana dos Santos Rynat Dasaev Oliveira Chagas

São Cristóvão – SE

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Maio de 2014 RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE FÍSICA B: 1ª LEI DE OHM

Relatório apresentado à disciplina Laboratório de Física B, turma 2014.1, T23, ministrada pelo professor Márcio André Rodrigues Cavalcanti de Alencar, como requisito para obtenção parcial da nota.

São Cristóvão – SE

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Maio de 2014 1. INTRODUÇÃO A corrente elétrica consiste no movimento ordenado de elétrons e é formada quando há uma diferença de potencial (ddp) em um condutor. A resistência elétrica é a oposição a esse movimento, é a razão entre a voltagem do condutor e a corrente que ele transporta. R=

∆V I

A resistência tem a unidade SI de volt por ampère, chamada de ohm (Ω). Para muitos materiais é provado que a resistência é constante para grande parte das voltagens aplicadas, esse comportamento é conhecido como Lei de Ohm. Os materiais que obedecem a lei de ohm e, portanto, tem uma resistência constante são chamados de ôhmicos e possuem uma relação linear entre a voltagem e a corrente. Por outro lado, existem os materiais não-ôhmicos que são aqueles que não obedecem a primeira lei de ohm, portanto não possuem resistência fixa e consequentemente não apresentam relação linear entre a voltagem e a corrente elétrica aplicada. O diodo é um dispositivo semicondutor comum nãoôhmico, sendo um elemento de circuito que age como uma válvula de sentido único para a corrente. Dentre os diodos, existe uma classe especial que é denominada LED (diodos emissores de luz). Para estes dispositivos, a aplicação de uma polarização direta (tensão direta) com valor superior a determinado limiar permite a passagem de uma corrente elétrica. Quando uma corrente atravessa a junção o processo de recombinação dos portadores de carga faz com que ocorra a emissão de luz, com frequência muito bem definida e dependente do tipo de material usado no semicondutor. Um resistor é um elemento simples do circuito que fornece uma resistência especificada em um circuito elétrico. O símbolo para um resistor em diagrama de circuito é uma linha em ziguezague.

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O valor da resistência de um dado resistor é estabelecido através de um código de cores. As duas primeiras cores representam os dois primeiros dígitos no valor da resistência, a terceira cor representa a potência de 10 que o valor deve ser multiplicado e a quarta cor é a tolerância no erro de fabricação.

Figura 1. Resistor.

1ª faixa

2ª faixa

Cor

3ª faixa

4ª faixa

(Multiplicador)

(Tolerância)

Preto

0

0

100

Marrom

1

1

101

1%

Vermelho

2

2

102

2%

Laranja

3

3

103

Amarelo

4

4

104

Verde

5

5

105

Azul

6

6

106

Violeta

7

7

107

Cinza

8

8

108

Branco

9

9

109

Ouro

10-1

5%

Prata

10-2

10%

Sem cor

20% Tabela 1. Código de cores para resistores.

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2. OBJETIVOS O objetivo desta atividade prática é contribuir para a compreensão da 1ª Lei de Ohm, analisando o seu comportamento para componentes variados e ensinar a manusear o multímetro na função ohmímetro. 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. Materiais 

Fonte de tensão elétrica;



Cabos;



Multímetro;



Jumpers;



Placa de teste;



LED



Resistores

3.2. Parte Experimental 3.2.1. Determinação dos valores de resistência. 

Foram escolhidos 3 resistores e seus valores de resistência foram determinados através do código de cores.



Baseado na resistência apresentada pelo código de cores, a melhor escala para medida de resistência foi escolhida e os resistores tiveram suas resistências comprovadas empiricamente.

3.2.2. Circuito com resistor. 

Dos 3 resistores escolhidos acima dois foram selecionados e inseridos em um circuito, onde a tensão máxima era de 10 V.



A tensão aplicada no circuito variava com o tempo, mudando a intensidade da corrente elétrica, o experimento foi feito em triplicata e os dados foram anotados para futuros cálculos.

3.2.3. Circuito com resistor e LED.

5



Foi montado um circuito elétrico com um resistor de 1000 Ω e um LED.



No amperímetro foi escolhido a escala de 200 mA e a tensão aplicada no circuito variava até um máximo de 10V



Foram anotados os valores da corrente elétrica gerada para cada tensão aplicada para futuros cálculos.



Após esses passos, o LED foi invertido a fim de verificar as suas propriedades.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1. Determinação dos valores de resistência. Depois de escolhidos os 3 resistores, eles tiveram sua resistência nominal e tolerância verificadas através da tabela de cores e tiveram sua resistência empírica medida através de um multímetro na função ohmímetro, utilizando recursos estáticos e de análise de dados, a tabela abaixo foi obtida.

Tabela 4.1. Valores das resistências nominais com suas tolerâncias e das resistências empíricas juntamente com suas incertezas.

Recursos estatísticos são utilizados para determinar as incertezas nas medições, esses recursos são:

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Incerteza Tipo B: Menor medida dos

n

√

Desvio Padrão:

σ=

∑ ( x i− x´ )

2

instrumentos se eles forem digitais ou a

i=1

n−1

menor medida dividido por 2 se o

σ √n

instrumento for analógico.

Incerteza Tipo A: σ a=

σ c =√ σ a +σ b Exemplo de Cálculo: Resistor Nº 1 M + M 2 +M 3 =214 Ω M 1=214 Ω M 2=214 Ω M 3=214 Ω Média= 1 3 2

Incerteza Tipo C:

√

σ=

σ a=

2

n

∑ ( x i− x´ )2 i=1

n−1

√

=

0 σ = =0 √n √ 3

(214−214)2 +( 214−214 )2+(214−214 )2 =0 Ω 2 Ω

σ B=1 Ω

2 2 σ c =√ σ a +σ b =1 Ω

Resultado: 214 ± 1 Ω Pela análise da Tabela 4.1 é possível perceber que as incertezas do experimento foram pequenas. Resistor 1 2 3

Valor Nominal –

Valores Dentro da

Valor Medido

Erro

Tolerância Tolerância Percentual 220 Ω - 5% 209 Ω a 231 Ω 214 Ω 2,72% 1000 Ω - 5% 950 Ω a 1050 Ω 987 Ω 1,30% 3300 Ω - 5% 3135 Ω a 3465 Ω 3260 Ω 1,21 % Tabela 4.2 - Comparação entre valores experimentais e teóricos.

Pela análise da tabela 4.2 é notado que todas as medições realizadas no resistor tiveram baixo erro e confirmaram que seu valor estava na faixa de tolerância dada pelo sistema de cores. 4.2. Circuito com Resistor Depois de montado o circuito com resistor e escolhidos as melhores escalas para o multímetro e amperímetro, foram medidas as correntes elétricas que passam no circuito elétrico com resistor para diferentes tensões.

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Tabela 4.3. Valores das tensões e correntes calculadas e das medidas experimentais com suas respectivas incertezas. A Tabela 4.3 deixa claro que a tensão e corrente elétrica tem uma relação diretamente proporcional. Esses resistores obedecem a 1ª Lei de Ohm, portanto ao plotar um gráfico VxI ele deve ser linear e seu coeficiente angular é igual a resistência.

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Gráfico VxI - Resistor de 220 Ohm Equation

Valor Erro Tensão Elét 0,0237 0,0042 Tensão Elét C. Linear C. Angular 0,2172 2,98259E-4

4

Tensão Elétrica (V)

y = a + b*x

2

Melhor Ajuste Linear

0 0

5

10

15

20

Corrente Elétrica (mA) Gráfico 4.1: Gráfico da tensão versus corrente elétrica para Resistor de 220 Ω.

m=tg θ= R=217 ± 0,3 Ω

V =R (k Ω) I (mA)

R=¿ 0,2172 ± 0,0003 Ω

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9

Gráfico VxI - Resistor de 1000 Ohm

Equation

Tensão Medida (V)

4

y = a + b*x

Tensão Me C. Linear Tensão Me C. Angular

Valor Erro 0,1954 0,02609 0,9470

0,00846

2

Melhor Ajuste Linear

0 0

1

2

3

4

5

Corrente Elétrica (mA) Gráfico 4.2: Gráfico da tensão versus corrente elétrica para Resistor de 1000 Ω.

m=tg θ=

V =R (kΩ) I (mA)

R=¿ 0,9470 ± 0,0085 Ω

R=947 ±8,5 Ω Na primeira parte do experimento os valores de resistência encontrado para o primeiro e segundo resistores foram 214 e 987 Ω ohm respectivamente. Como foi notado ouve variação entre as formas de medição de resistência, essa diferença se deve principalmente a erros de calibração e a dissipação de energia. 4.3. Circuito com Resistor e LED. Foi montado um circuito com um LED amarelo e uma resistência de 1000 Ω, logo após foram medidas as correntes elétricas que passam no circuito elétrico com resistor e LED para diferentes tensões, o ideal é que a corrente elétrica não passe de 10 mA no LED, para que ele não queime, no experimento realizado, apesar de não recomendado a corrente elétrica chegou a 21 mA, para evitar uma grande corrente elétrica geralmente esse tipo de circuito está associado a um resistor.

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Tabela 4.4. Valores das tensões e correntes calculadas e das medidas experimentais com suas respectivas incertezas. É interessante notar que a corrente só começa a ser percebida quando a tensão aplicada for maior que 1,7 V, isso se chama tensão limiar, o LED é um diodo onde a aplicação de tensão direta com valor superior a determinado limiar permite a passagem de corrente elétrica, se o diodo for invertido a tensão aplicada será inversa e o LED não deixará passar nenhuma corrente.

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Gráfico IxV - Circuito com Resistor e LED

Corrente Elétrica (mA)

20

15

10

5

0

1,0

1,5

2,0

Tensão Medida (V) Gráfico 4.2: Gráfico da corrente elétrica versus tensão para circuito com Resistor de 1000 Ω e LED.

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De acordo com a primeira lei de Ohm o comportamento esperado para a curva é uma reta, mas isso não aconteceu, isso se deve ao fato de o LED ser um componente não ôhmico, ou seja não obedece a primeira lei de ohm e o gráfico IxV, apresenta formado indeterminado. 5. CONCLUSÃO A atividade prática realizada nos permitiu realizar medições de tensão e corrente para dois resistores diferentes e para uma associação resistor e LED. Construídos os gráficos experimentais, notou-se o comportamento linear dos primeiros, verificando a 1ª Lei de Ohm, o que, por sua vez, não foi observado no último, pois consistia em material não-ôhmico.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BISQUOLO, Paulo A. Leis de Ohm: Resistência elétrica, resistividade e leis de Ohm. Disponível em: < http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/leis-de-ohm-resistencia-eletricaresistividade-e-leis-de-ohm.htm>. Acesso em 18 de Maio de 2014. SERWAY, Raymond A., JR JEWETT John W. Princípios de física. Eletromagnetismo. 3. Ed São Paulo: Thomson, vol 3.

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