Relatório 01 - Medidas Elétricas PDF

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Referências Bibliográficas  DIAS, Nildo Loiola. Laboratório de Eletricidade (Roteiros de Práticas). Fortaleza: Departamento de Física, UFC, 2018. (1)  SÓ FÍSICA: Resistores. Disponível em: <sofisica.com/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/ resistores> Acesso em ...

Description

Referências Bibliográficas



DIAS, Nildo Loiola. Laboratório de Eletricidade (Roteiros de Práticas). Fortaleza: Departamento de Física, UFC, 2018. (1)



SÓ FÍSICA: Resistores. Disponível em: Acesso em 11 de março 2018. (2)



SÓ FÍSICA: Associação de Resistores. Disponível em: Acesso em 14 de outubro 2016. (3)



MUNDO DA ELÉTRICA. MATTEDE, Henrique. Tensão Elétrica X Voltagem. Disponível em: Acesso em 10 de março 2018. (4)



BOYLESTAD, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos - 12ª ed – São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. (5)



Efeito joule: Circuitos Elétricos. Disponível em:

Acesso em 11 de março de 2018. (6)

1. Objetivos -

Utilizar o Multímetro Digital para medir resistências, voltagens e correntes elétricas;

-

Verificar que a corrente que passa em cada um dos resistores em uma associação de resistores em série é sempre a mesma;

-

Verificar que, em uma associação de resistores em paralelo, os mesmo estão sob uma mesma diferença de potencial;

-

Determinar a resistência equivalente de uma associação de resistores em série, em paralelo e em uma associação mista;

2. Material 3,3KΩ)

Três resistores em bases de madeira (R1 = 470Ω , R2 = 1KΩ e R3 =

-

Cabos (dois médios e quatro pequenos);

-

Multímetro Digital.

3. Introdução Chamamos de DDP (Diferença de Potencial), ou tensão, a diferença de carga de elétrons entre dois polos, negativo e positivo. Algebricamente, a tensão pode ser representada como a energia necessária para transportar carga de elétrons de um ponto a outro (V = E/Q , onde V é tensão, E energia e Q a carga dos elétrons) ou, mais comumente conhecida, como o produto da resistência de um circuito pela corrente gerada pela fonte (V = RI, onde R é resistência e I é corrente), a famosa lei de Ohm. A tensão possui como unidade o Volt (V) e pode ser contínua (com valores constantes) ou alternada (com variações entre valores positivo e negativo). Figura 1: Exemplo de circuito Elétrico

Fonte: Referências Bibliográficas (6)

Resistência é conhecida como a capacidade que um material tem de se opor a passagem de corrente por um circuito fechado. Sendo assim, afirmamos que a corrente é um resultado da tensão aplicada a um circuito com uma determinada resistência. Material que apresenta essa resistência é chamado de Resistor, cuja a unidade de medida é o Ohm (Ω). Por sua vez, a corrente elétrica possui como unidade o Ampere (A). Para medir essas grandezas em um circuito fechado, utilizamos um multímetro, aparelho capaz de fazer medições elétricas em um circuito fechado. Nesta prática, manuseamos um multímetro digital com o intuito de medir tensão, corrente e resistência em circuitos de resistores série, paralelo e misto.

Figura 2: Multímetro adotado nesta prática

Fonte:

Na medição dos circuitos, utilizamos as pontas de prova do multímetro sobre os pontos de um componente elétrico que pretendemos analisar. Ajustamos a escala para a função que desejamos manusear: Ohmímetro, Voltímetro ou Amperímetro. Uma observação importante é ajustar o multímetro para que o valor da medida esteja sempre acima do valor do componente. Para medirmos fontes de 12 V, por exemplo, utilizamos a escala de 60 V. É importante se atentar as escalas do voltímetro e do amperímetro para evitar que o equipamento queime. Devemos lembrar, também, que, assim como os outros dispositivos elétricos, as pontas de prova possuem duas polaridades. Portanto, adotamos as pontas de prova positiva a pontos de potencial positivo e vice-versa.

Figura 3: Representação do multímetro para medir o potencial sobre o resistor R2. A tensão sobre R2 será igual a R3, seu paralelo. Obs.: As pontas de prova se conectam em paralelo com a respectiva polaridade do resistor para obter o sinal de tensão positivo. Caso as pontas estivessem trocadas, a tensão apresentada no visor seria negativa.

Fonte: Referências Bibliográficas (1)

Para medir o valor de tensão, conectamos as pontas de prova em paralelo com o componente. Já para medir corrente, conectamos as pontas de prova em série.

Figura 4: Como se pode observar, as pontas de prova, na medição de corrente, são conectadas em série com o resistor. Caso colocado em paralelo, o circuito se tornaria um curto e a corrente passaria diretamente pelo multímetro, sem a presença de um resistor.

Fonte: Referências Bibliográficas (1)

Por fim, para encontrar a escala correta de uma corrente desconhecida, devemos iniciar pela maior escala e, então, ajustá-la para um valor menor que satisfaça a precisão do visor.

4.1. Procedimento 1: Medidas elétricas em uma associação de resistores em série. Inicialmente, regulamos a fonte de tensão utilizada em 10 Vcc. Verificamos com o multímetro para obter o valor exato, chegando a tensão ideal de 10 V. Em seguida, montamos o circuito da seguinte forma:

Figura 5: Circuito em série para procedimento 1. Neste caso, o multímetro é utilizado para medir a tensão sobre o resistor R1.

Fonte: Referências Bibliográficas (1)

Medimos, então, as tensões sobre cada resistores, como representado na imagem acima. Em seguida, calculamos a resistência total teórica do circuito em série somando as resistências: Req = R1 + R2 + R3 Req = 470 + 1 k + 3,3 k = 4 770 Ω

Com a lei de ohm, encontramos a corrente nominal para adotar a escala correta. Neste caso, utilizamos a escala de 6 mA : V = RI I = 10 / 4 770 = 2,096 mA

Na tabela a seguir, podemos observar os resultados obtidos nas medições:

Figura 6: Tabela de dados do Procedimento 1

R

Tensão (V)

I (mA)

R = V/I (Ω)

Rmedido (Ω)

R1

0,964

2,078

463,9

454,1

R2

2,131

2,078

1026

1003

R3

6,900

2,078

3321

3237

Req

10,01

2,078

4817

4691

A partir dos dados obtidos, podemos concluir que a corrente que passa por todos os resistores é a mesma, visto que todos estão em série. O resultado da resistência medida pelo multímetro possui uma leve diferença do valor esperado. Podemos explicar esse resultado por meio da tolerância do resistor, informação fornecida pelo fabricante.

4.2. Procedimento 2: Medidas elétricas em uma associação de resistores em paralelo. Para a segunda parte do experimento, permanecemos com a tensão em 10 V. Medimos a resistência equivalente aos três resistores associados em paralelo representado na figura abaixo. Após isso, calculamos a corrente esperada em cada resistor e a corrente total do circuito, para definir qual escala apropriada adotaríamos para analisar as correntes de cada resistor com o multímetro.

Figura 7: Circuito em paralelo para procedimento 2. Neste caso, o multímetro é utilizado para medir a corrente que passa pelo resistor R1.

Fonte: Referências Bibliográficas (1)

Calculando a resistência equivalente: Req-1 = R1-1 + R2-1 + R3-1 = 1/470 + 1/1000 + 1/3500 Req = 325 Ω Corrente em cada resistor: I1 = V/R1 = 10/470 = 21,27 mA I2 = V/R2 = 10/1 = 10 A I3 = V/R3 = 10/3300 = 3,03 mA It = V/Req = 10/325 = 30,77 mA Portanto, as escalas adotadas foram de, respectivamente, 60 mA, 60 A, 6 mA e 60 mA. Calculamos, então, o valor de cada tensão sobre cada resistor fazendo o produto das correntes obtidas pelos seus respectivos valores de resistência. Os valores podem ser conferidos na tabela abaixo:

Figura 8: Tabela de dados do Procedimento 2

R

RMEDIDO (Ω)

I (mA)

V = RM x I

R1

454,1

21,99

9,98

R2

1003

9,87

9,90

R3

3237

3,05

9,87

Rt

284,9

37,9

10,8

Desta vez, os valores de tensão obtidos apresentaram uma variação maior, devido a uma certa imprecisão na utilização do aparelho. Entretanto, a partir da tabela, podemos tomar como conclusão que a diferença de potencial sobre resistores em paralelo é o mesmo.

4.3. Procedimento 3: Medidas elétricas em uma associação mista de resistores.

Assim como feito nos procedimentos anteriores, mantemos a fonte em 10 V e medimos a tensão sobre cada resistor e a tensão total da seguinte associação mista:

Figura 9: Circuito misto para procedimento 3.

Fonte: Referências Bibliográficas (1)

Calculamos passagem de corrente sobre cada resistor, para determinar as escalas corretas utilizadas no Multímetro.

Req = (R1*R2)/(R1+R2) + R3 = 312,58 + 3 237 = 3,55 KΩ It = I3 = V/Req = 2,82 mA V1/2 = Vt – V3 = 10 – 0,00282 * 3 237 = 872 mV I1 = V1/2 / R1 = 1,92 mA I2 = V1/2 / R2 = 0,87 Ma

Utilizamos para I1, I2, I3 e It a escala de 6 mA. Medimos as correntes no circuito misto. Os resultados são apresentados abaixo: Figura 10: Tabela referente ao procedimento 3.

R

Tensão (V)

I (mA)

R1

0,87

1,92

R2

0,87

0,86

R3

9,09

2,79

Rt

10,01

2,79

Por fim, calculamos a resistência equivalente entre os resistores em paralelo e, em seguida, do circuito completo. Como demonstrado anteriormente, a resistência equivalente em paralelo de R1 e R2 :

Req1/2-1 = R1-1 + R2-1 = 312,58 Ω Req = Req1/2 + R3 = 3,55 KΩ Medimos os valores reais das resistências equivalentes, que podem ser conferidos na tabela: Figura 11: Tabela 2 referente ao procedimento 3.

Associação

R = V/I (Ω)

RMEDIDO (Ω)

R1 e R2

321,58

312,4

Mista

3 550

3549

5. Questionário do Manual de Roteiros 1- Com Base nos resultados experimentais do PROCEDIMENTO 1, que conclusão podemos tirar sobre a corrente elétrica em resistores associados em série? Resposta: Podemos concluir que a corrente que entra, passa por cada resistor e sai é a mesma. Portanto, I1 = I2 = I3 = IT.

2- Verifique com os valores experimentais da tabela na Figura 6 a relação para a resistência equivalente de resistores associados em série. Comente. Resposta: Podemos observar que o valor da resistência equivalente no circuito em série é igual ao somatório das resistências no mesmo. Logo, Req = R1 + R2 + R3.

3- Com Base nos resultados experimentais do PROCEDIMENTO 2, que conclusão podemos tirar sobre a corrente elétrica em resistores associados em série? Resposta: Concluímos que a DDP entre resistores em paralelo é igual. Ou seja, V1 = V2 = V3 = VT.

4- Verifique com os valores experimentais da tabela na Figura 8 e 11 a relação para a resistência equivalente de resistores associados em paralelo. Comente. Resposta: Podemos afirmar, pelas tabelas apresentadas, que o inverso da resistência equivalente em uma associação em paralelo é igual à soma dos inversos de cada resistência. Ou ainda, que o quociente do produto pela soma dos resistores em questão é a Resistência equivalente. Em termos algébricos: Req-1 = R1-1 + R2-1 + R3-1 OU Req = (R1*R2)/(R1+R2).

5- Calcule teoricamente a resistência equivalente da associação mista de resistores da Figura 9 e compare com o valor medido experimentalmente. Comente os resultados. Resposta: Reproduzindo os cálculos já feitos, temos: Req = (R1*R2)/(R1+R2) + R3 = 312,58 + 3 237 = 3,55 KΩ O valor medido encontrado na resistência equivalente mista foi de 3549 Ω. Sendo assim, podemos perceber que o valor é quase o mesmo, tendo apenas uma diferença desprezível devido às especificações dos resistores utilizados, a tolerância de cada resistor.

6- Calcule as correntes esperadas em cada resistor utilizado no PROCEDIMENTO 3, caso o circuitos tivesse sido montado erroneamente como na figura abaixo:

Resposta: Inicialmente, refazemos os cálculos de equivalência paralela entre R 1 e R3, utilizando os valores teóricos: Req = (R1*R3)/(R1+R3) + R2 = 411,41 + 1000 = 1,41 KΩ It = I2 = V/Req = 7,09 mA V1/3 = Vt – V2 = 10 – 0,00709 * 1000 = 2,91 V I1 = V1/3 / R1 = 6,20 mA I3 = V1/3 / R3 = 0,88 mA

Portanto, os valores seriam: I1 = 6,20 mA It = I2 = 7,09 mA I3 = 0,88 mA

6. Conclusão Nesta prática, nos afeiçoamos à utilização correta do multímetro, além de associar os componentes elétricos em série, paralelo e combinações mistas. Pudemos medir a diferença de potencial sobre resistores e avaliar a corrente que passa sobre cada um em diferentes tipos de circuito. Concluímos que a tensão aplicada em uma associação paralela é equivalente para ambos os resistores; a corrente que entra em um circuito em série é a mesma que passa por todos os componentes; e, por fim, a corrente fornecida pela fonte que entra em um circuito, do seu maior potencial, é a mesma que sai, pelo seu menor potencial, independente de sua associação.

Laboratório de Eletricidade

Aula prática 01: Medidas Elétricas

Curso: Engenharia de Telecomunicações Semestre: 2018.1 Código: CD0304 Turma: T01 Professor: Nildo Loiola Dias Aluno: Júlio César Gama Feitosa Freitas Matrícula: 385467 Realização da Prática: 05/03/2018 10:00-12:00...