Relatório final de física ii eletricidade

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Relatório de Física II

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Relatório final de física ii eletricidade

  1. 1. CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINOVAFAPI BACHARELADO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO FÍSICA II ARIEL DAS NEVES BRAGA CRISTIANO DA SILVA FRANCISCO DAS CHAGAS ALVES DE OLIVEIRA SIMÃO PEDRO DE CARVALHO E SILVA RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA EXPERIENCIAS COM ELETRICIDADE Teresina – PI Maio de 2015
  2. 2. ARIEL DAS NEVES BRAGA CRISTIANO DA SILVA FRANCISCO DAS CHAGAS ALVES DE OLIVEIRA SIMÃO PEDRO DE CARVALHO E SILVA RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA EXPERIENCIAS COM ELETRICIDADE Atividade realizada para a disciplina de Física II, do curso de Engenharia de Produção da faculdade Uninovafapi como requisito para obtenção de nota. Profº Msc: Samuel Pimentel Costa Teresina – PI Maio de 2015
  3. 3. RESUMO Neste trabalho se buscou compreender de forma prática como se comportam os fenômenos elétricos vistos em sala de aula, a partir das análises realizadas em cada um dos 3 experimentos e com base no roteiro previamente confeccionado pelo professor. O bom entendimento teórico foi de fundamental importância para uma correta compreensão dos experimentos bem como dos resultados a serem alcançados. A aula teórica de física sempre fica mais interessante quando o aluno verifica na prática ou como dizem em “campo”, que aqueles itens são importantes na nossa vida e isso se dá através dos experimentos feitos em laboratório, portanto, foi de grande importância o uso do laboratório de física para mostrar aos acadêmicos de engenharia de produção que a física pode ser muito mais útil para a nossa vida do que realmente pensamos. Palavras-chave: Energia, resistores, placa de circuitos, tensão, capacitor.
  4. 4. SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS E TABELAS UTILIZADAS INTRODUÇÃO 1 OBJETIVO ...............................................................................................................7 2 ANÁLISE TEÓRICA ................................................................................................8 2.1 Corrente Elétrica ...............................................................................................8 2.2 Intensidade de Corrente Elétrica .......................................................................9 2.3 Unidade de Intensidade de Corrente Elétrica..................................................11 2.4 Sentido Convencional da Corrente Elétrica.....................................................11 2.5 Circuito Elétrico ...............................................................................................12 2.6 Medida da Intensidade de Corrente Elétrica ...................................................13 2.7 Resistores .......................................................................................................14 2.8 Lei de Ohm. Resistência Elétrica ....................................................................15 2.9 Unidade de Resistência Elétrica......................................................................17 2.10 Associação de Resistores: Série, Paralelo e Mista .......................................17 3 PRÁTICAS E EXPERIMENTOS ............................................................................19 3.1 Primeira Prática - Placa de Ensaios de Circuitos Elétricos..............................19 3.1.1. Experimento I - Parte I.............................................................................19 3.1.2. Experimento I - Parte II ...........................................................................19 3.1.3. Experimento I - Parte III ..........................................................................20 3.2 Segunda Prática - Resistores .........................................................................20 3.2.1. Experimento II .........................................................................................20 3.3 Terceira Prática - Associação de Resistores...................................................21 3.3.1. Experimento III - Parte I...........................................................................21 3.3.2. Experimento III - Parte II .........................................................................22 4 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS ......................................................24 4.1 Resultado da Primeira Prática.........................................................................24 4.2 Resultado da Segurança Prática.....................................................................24 4.3 Resultado da Terceira Prática.........................................................................25 5 CONCLUSÃO ........................................................................................................27 REFERÊNCIAL BIBLIOGRÁFICO ...........................................................................28
  5. 5. LISTA DE FIGURAS E TABELAS UTILIZADAS. Figura 1. Gerador usado em automóveis Figura 2a. Condutor metálico em equilíbrio eletrostático Figura 2b. Elétrons livres na seção transversal do condutor metálico Figura 3. Movimento ordenado de elétrons no condutor Figura 4. Elétrons atravessando a seção no intervalo Δt Figura 5. A pilha como exemplo de corrente contínua constante Figura 6. A tomada como exemplo de corrente alternada Figura 7. Sentido da corrente elétrica no campo elétrico Figura 8. Circuito elétrico entre a bateria e a lâmpada Figura 9. Chave Ch para fechar ou abrir um circuito elétrico Figura 10. Amperímetro usado para medir a intensidade da corrente elétrica Figura 11a. Medida da corrente com amperímetro - Circuito com apenas um caminho Figura 11b. Medida da corrente com amperímetro - circuito com corrente ramificada Figura 12. Resistor mantido em temperatura constante Figura 13. Representação de um resistor em circuitos elétrico Figura 14. Circuito elétrico e representação esquemática do circuito Figura 15: Associação em série de n resistores Figura 16: Associação em paralelo de n resistores Figura 17: Associação mista de resistores Tabela 1. Resistores iguais Tabela 2. Resistência de associação em série Tabela 3. Resistência de associação em paralelo Tabela 4. Resistência de associação mista Tabela 5. Resistores diferentes Tabela 6. Resistência de associação em série Tabela 7. Resistência de associação em paralelo Tabela 8. Resistência de associação mista Tabela 9. Valores das resistências dos 10 resistores
  6. 6. 6 INTRODUÇÃO Os fenômenos elétricos estão presentes em nossa vida diária, desde quando acendemos uma lâmpada até quando ligamos o carro ou talvez quando viajamos de avião entre um lugar e outro. Portanto, a eletricidade é algo que nos cerca e convive conosco desde muitos anos atrás quando os físicos, em especial os ingleses, começaram a fazer as primeiras descobertas desta força tão importante e essencial em nossos dias atuais. Este trabalho é um exemplo bem simples disso, ao desenvolver experimentos, que embora simples, mas que servem para demonstrar com precisão e firmeza que as teorias postuladas por Michael Faraday, Coulomb, Ohm e outros físicos realmente funcionam e são válidas até os nossos dias atuais. As idéias sobre resistores, potencial elétrico, associação em série, paralelo, mista e outras mais foram de forma bem simples visualizadas pelos alunos durante as aulas práticas de física. Portanto, os resultados obtidos além de serem importantes para fundamentar teorias seculares também são importantes para fazer com que o acadêmico de engenharia de produção entenda que a eletricidade irá fazer parte da sua vida diária e que para se sair bem no mercado será importante compreender esse pedaço da historia da ciência. No desenvolvimento deste material se buscou aplicar os fundamentos requisitados pelas normas da ABNT sobre trabalhos acadêmicos.
  7. 7. 7 1 OBJETIVO O objetivo principal deste material acadêmico foi mostrar aos alunos do curso de engenharia de produção que as teorias a cerca dos fenômenos elétricos são facilmente observados em nosso cotidiano e que o bom conhecimento destes não só poderá ser útil em nossa vida, mas também essencial para o nosso futuro profissional uma vez que em toda e qualquer empresa em que viermos a atuar a eletricidade estará presente e nos caberá em muitas situações tomar decisões que demandarão uma boa compreensão sobre eletricidade. Os experimentos realizados na placa de circuitos elétricos foram de fundamental importância para a nossa compreensão sobre como se dá a condução da energia eletrica entre resistores em série, paralelo e mista, bem como o uso dos equipamentos de medição, potenciômetro e multímetro foram de igual modo importante para a nossa familiaridade com as medições que devem ser auferidas A conduta do professor em nos explicar como é o comportamento da energia elétrica quando submetida à placa de circuitos nos foi de grande proveito para o alcance dos resultados esperados bem como dos cálculos realizados. Nenhuma dificuldade relevante foi observada bem como não houve nenhum imprevisto. Os resultados de todos os experimentos foram anotados, analisados e em seguida chegou-se a uma conclusão sobre os mesmos.
  8. 8. 8 2 ANÁLISE TEÓRICA Para uma correta compreensão dos procedimentos a serem realizados se fez necessária uma breve análise teórica a cerca dos principais itens a serem vistos aqui. 2.1 Corrente Elétrica Considere um aparelho como o da figura 1, cuja função é manter entre seus terminais A e B uma diferença de potencial elétrico (ddp) expressa por VA - VB. Esse aparelho é chamado de gerador elétrico e seus terminais A e B são denominados pólos. O pólo positivo é o de maior potencial VA e o pólo negativo é o de menor potencial VB. Figura 1. Gerador usado em automóveis Considere, agora, um condutor metálico em equilíbrio eletrostático (figura 2). Sabemos que os seus elétrons livres estão em movimento desordenado, com velocidades em todas as direções, porém sem saírem do condutor, não produzindo, portanto, efeito externo. Todos os pontos do condutor metálico em equilíbrio possuem o mesmo potencial elétrico. Figura 2. (a) Condutor metálico em equilíbrio eletrostático. (b) Elétrons livres na seção transversal do condutor metálico
  9. 9. 9 Ligando-se esse condutor aos pólos A e B do gerador elétrico, ele ficará submetido à ddp VA - VB, que origina, no interior do condutor, o campo elétrico E , orientado do pólo positivo para o pólo negativo. Nesse campo elétrico, cada elétron fica sujeito a uma força elétrica Fe = q E (de sentido oposto ao do vetor E , pois a carga elétrica do elétron é negativa). Sob ação da força elétrica Fe , os elétrons livres alteram suas velocidades, adquirindo, na sua maioria, movimento ordenado, cuja velocidade média tem a direção e o sentido da força Fe (figura 3). Esse movimento ordenado de cargas elétricas constitui aquilo que chamamos na física de corrente elétrica. É importante realçar que os elétrons livres, apesar de seu movimento ordenado, colidem continuamente com os átomos do material, seguindo trajetórias irregulares e com velocidades médias muito pequenas. Eles avançam no sentido da força elétrica, superpondo-se ao movimento caótico que resulta dos choques com os átomos do condutor. Figura 3. Movimento ordenado de elétrons no condutor O papel de grande importância que a Eletricidade desempenha na vida moderna baseia-se na corrente elétrica. A parte da Eletricidade que estuda a corrente elétrica e os efeitos produzidos pelo caminho por onde ela passa denomina-se eletrodinâmica. 2.2 Intensidade de Corrente Elétrica Suponha um condutor metálico (figura 4), ligado aos terminais de um gerador. Seja n o número de elétrons que atravessam a seção transversal desse condutor desde o instante t até o instante t + Δt. Como cada elétron apresenta, em módulo, a carga elementar e, no intervalo de tempo Δt passa por essa seção transversal uma carga elétrica cujo valor absoluto é dado por: Δq = ne.
  10. 10. 10 Figura 4. Elétrons atravessando a seção no intervalo Δt Define-se intensidade média de corrente elétrica, no intervalo de tempo t a t + Δt, como o quociente: im = ∆q ∆𝑡 Quando a corrente varia com o tempo, define-se intensidade de corrente em um instante t como sendo o limite para o qual tende a intensidade média, quando o intervalo de tempo Δt tende a zero: i = lim∆𝑡 0 ∆𝑞 ∆𝑡 Denominamos corrente contínua constante toda corrente de sentido e intensidade constantes com o tempo. Nesse caso, a intensidade média da corrente elétrica im em qualquer intervalo de tempo Δt é a mesma e, portanto, igual à intensidade i em qualquer constante t. im = i A figura 5 mostra o gráfico dessa corrente em função do tempo. Esse é caso mais simples de corrente elétrica, com o qual se dá todo o estudo da eletrodinâmica. A pilha mostrada ao lado do gráfico da figura 5 nos fornece corrente contínua. Figura 5. A pilha como exemplo de corrente contínua constante
  11. 11. 11 Além da corrente contínua constante, é importante estudar a corrente alternada, que muda periodicamente de intensidade e sentido (figura 6). Os terminais das tomadas das residências fornecem uma corrente alternada de freqüência 60 Hz (Hz = hertz = ciclos/segundo). Figura 6. A tomada como exemplo de corrente alternada 2.3 Unidade de Intensidade de Corrente Elétrica A unidade de intensidade de corrente é a unidade fundamental elétrica do Sistema Internacional de Unidades (SI) e denominada ampère (símbolo A), em homenagem ao cientista francês. Essa unidade é definida por meio de um fenômeno eletromagnético do qual foge as pretensões deste trabalho. Os principais submúltiplos do ampère são o miliampère (símbolo mA) e o microampère (símbolo µA). 1 Ma = 10−3 A e 1µA = 10−6 A A unidade de carga elétrica no SI, o Coulomb (C), é definido a partir do ampère (A), por meio da fórmula Δq = i Δt. Realmente, fazendo i = 1A e Δt = 1s, teremos Δq = 1C. Assim, podemos escrever que 1C = 1 A 1 s (1 Coulomb = 1 ampère vezes 1 segundo). 1 C é a carga elétrica que atravessa, durante 1s, a seção transversal de um condutor pelo qual flui uma corrente elétrica de intensidade 1 A. 2.4 Sentido Convencional da Corrente Elétrica
  12. 12. 12 O sentido do movimento dos elétrons é o oposto ao sentido do campo elétrico no interior do condutor metálico, pois: Fe = q E e q é negativo. Conduto, por convenção o sentido da corrente elétrica é igual ao sentido do campo elétrico no interior do condutor. Essa convenção é internacionalmente adotada, e a corrente considerada nessas condições é chamada corrente convencional (figura 7a). A corrente convencional pode então ser imaginada como se fosse constituída de cargas livres positivas em movimento (figura 7b); assim, sempre que falamos em sentido da corrente, estaremos nos referindo ao sentido do movimento dessas cargas. Portanto, ao mencionarmos corrente em um condutor, estaremos nos referindo à corrente convencional. Observe que a corrente convencional tem sentido contrário ao sentido real de movimento dos elétrons. No sentido convencional, a corrente elétrica entra no gerador pelo pólo negativo e sai pelo pólo positivo. Figura 7. Sentido da corrente elétrica no campo elétrico 2.5 Circuito Elétrico Denominamos circuito elétrico ao conjunto de aparelhos com os quais se pode estabelecer uma corrente elétrica, como o das fotos abaixo, figura 8. O gerador é a parte interna do circuito; os demais aparelhos constituem o circuito externo. Figura 8. Circuito elétrico entre a bateria e a lâmpada
  13. 13. 13 Fechar um circuito é efetuar a ligação que permite a passagem da corrente elétrica, abrir um circuito é interromper essa corrente. Tais operações se efetuam, geralmente, por meio de uma chave como a da figura 9. Figura 9. Chave Ch para fechar ou abrir um circuito elétrico A bateria e a lâmpada, ligadas por fios condutores, constituem um circuito elétrico. Ao se fechar a chave (interruptor), há passagem de corrente elétrica e a lâmpada se acende. 2.6 Medida da intensidade de corrente elétrica Para medir a intensidade de uma corrente elétrica são construídos aparelhos geralmente denominados amperímetros (figura 10). Esses aparelhos possuem dois terminais acessíveis e devem ser colocados no circuito de modo que a corrente a ser medida possa atravessar o medidor. Figura 10. Amperímetro usado para medir a intensidade da corrente elétrica No circuito elétrico da figura 11a, existe apenas um caminho para a corrente que se quer medir. Verificamos que os amperímetros A1, A2 e A3, colocados em diversos pontos do circuito, fornecem à mesma indicação i. Para circuitos que oferecem apenas um caminho para a corrente, a intensidade de corrente é a mesma em todos os pontos.
  14. 14. 14 Figura 11. Medida da corrente com amperímetro. (a) Circuito com apenas um caminho. (b) circuito com corrente ramificada No circuito da figura 11b, entre os pontos N` e N`` temos dois trechos de circuito denominados ramos do circuito principal. Os pontos N` e N`` , nos quais a corrente se divide, são chamados nós do circuito. Os amperímetros A1e A2 estão colocados nos ramos e o amperímetro A3, no circuito principal. Com a chave Ch fechada, as intensidades são, respectivamente, i1, i2 e i. As indicações dos amperímetros mostram que: i1+ i2 = i Considerando o nó N`` , podemos enunciar a seguinte regra, conhecida como regra dos nós, que é válida para qualquer nó de um circuito: Em um nó, a soma das intensidades de corrente que chegam é igual à soma das intensidades de corrente que saem. 2.7 Resistores Existem elementos de circuitos cuja função, entre outras, é a de transformar energia elétrica em energia térmica (dissipar energia elétrica) ou limitar a intensidade da corrente elétrica em circuitos eletrônicos. Tais elementos recebem o nome de resistores. São exemplos de resistores que se destinam a dissipar energia elétrica: os filamentos de tungstênio das lâmpadas elétricas incandescentes; fios de certas
  15. 15. 15 ligas metálicas (como nicromo: liga de níquel e de cromo), enrolados em hélice cilíndrica, utilizados em chuveiros, torneiras elétricas, secadores de cabelos etc. Os resistores utilizados para limitar a intensidade de corrente que passa por determinados componentes eletrônicos não tem a finalidade de dissipar energia elétrica, embora isso aconteça inevitavelmente. Comumente, são constituídos de um filme de grafite depositado de modo contínuo sobre um suporte cerâmico ou enrolado em forma de faixas helicoidais. Os resistores têm como principal propriedade elétrica uma grandeza física denominada resistência elétrica. Muitos resistores que se destinam a dissipar energia são, algumas vezes, chamados impropriamente de “resistências”. 2.8 Lei de Ohm. Resistência Elétrica Considere o resistor da figura 12, mantido a uma temperatura constante, percorrido por corrente elétrica de intensidade i, que tem entre seus terminais uma ddp U. Figura 12. Resistor mantido em temperatura constante Mudando-se a ddp sucessivamente para U1, U2,..., o resistor passa a ser percorrido por correntes de intensidades i1, i2,... Ohm verificou, experimentalmente, que, mantida a temperatura constante, o quociente da ddp aplicada pela respectiva intensidade de corrente elétrica resultava em uma constante característica do resistor: U i = U1 U1 = U2 U2 = ... = constante - R A grandeza R assim introduzida foi denominada resistência elétrica do resistor. A resistência elétrica não depende da ddp aplicada ao resistor nem da intensidade de corrente elétrica que o percorre, mas do condutor e de sua temperatura. De um modo geral, tem-se:
  16. 16. 16 U i = R ou U = R i Essas fórmulas traduzem a lei de Ohm, que relaciona a causa do movimento das cargas elétricas (a ddp U) com o efeito (passagem da corrente elétrica i), podendo ser enunciada da seguinte maneira: O quociente da ddp nos terminais de um resistor pela intensidade de corrente elétrica que o atravessa é constante e igual à resistência elétrica do resistor. Um resistor que obedece à lei de Ohm é denominado de resistor ôhmico. Em esquemas de circuito, um resistor é representado pelo símbolo ilustrado na figura 13, colocando-se, acima ou abaixo, o valor de sua resistência elétrica. Figura 13. Representação de um resistor em circuitos elétricos De i = U R , observamos que, em resistores diferentes sob mesma ddp, é atravessado por corrente elétrica de menor intensidade aquele que tiver maior valor de R. Desse modo, a resistência elétrica aparece como uma dificuldade à passagem da corrente elétrica, o que justifica sua denominação. Quando a resistência elétrica é muito pequena, como nos fios de cobre de ligação dos elementos do circuito da figura 14, estes são representados por uma linha contínua. Nessas condições, os fios são denominados simplesmente condutores, e sua finalidade é ligar os elementos do circuito. Nesses fios, o efeito joule pode ser desprezado. Na lâmpada ocorre o efeito joule e, portanto, ela apresenta uma resistência elétrica R. No esquema do circuito, o gerador é representado por dois traços paralelos. O traço mais longo representa o pólo positivo e o mais curto, o negativo. Figura 14. Circuito elétrico e representação esquemática do circuito
  17. 17. 17 2.9 Unidade de resistência elétrica No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de resistência elétrica denomina-se Ohm (símbolo Ω), sendo que 1Ω = 1V 1A . É de emprego freqüente um múltiplo do Ohm: o quiloohm (kΩ), que vale: 1Ω = 10³ Ω. 2.10 Associação de Resistores: Série, Paralelo e Mista Considerando a Lei de Ohm comentada no item 2.8, é possível definir uma ligação em série e paralelo entre elementos. Na associação em série todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica, ou seja, os resistores são ligados um em seguida do outro, existindo apenas um caminho para a corrente elétrica. A Figura 7 apresenta uma associação em série de resistores. Figura 15: Associação em série de n resistores A diferença de potencial (tensão ou DDP) de uma associação de resistores em série é a soma das tensões em cada um dos resistores associados. Assim, o valor da resistência equivalente é dado pela soma das resistências dos resistores que constituem a série: A associação de resistores em paralelo é um conjunto de resistores ligados de maneira que todos estão submetidos à mesma diferença de potencial (tensão). Nesta associação existem dois ou mais caminhos para a corrente elétrica, e desta maneira, os resistores não são percorridos pela corrente elétrica total do circuito. A Figura 8: apresenta uma associação paralela de resistores.
  18. 18. 18 Figura 16: Associação em paralelo de n resistores A corrente, em uma associação de resistores em paralelo, é a soma das correntes nos resistores associados. Assim, na associação em paralelo, o valor da resistência equivalente é sempre menor que o valor de qualquer resistência dos resistores da associação e este valor pode ser obtido com a seguinte equação: Resolvendo a equação acima para apenas dois resistores teremos: Uma associação mista por sua vez é composta quando associamos resistores em série e em paralelo no mesmo circuito. Na Figura 9, os resistores R1 e R2 estão em série e os resistores R3 e R4 estão em paralelo: Figura 17: Associação mista de resistores Nas associações mistas também podemos encontrar um valor para a resistência equivalente. Para isto devemos considerar cada associação (série ou paralelo) separadamente, sendo que todas as propriedades descritas acima são válidas para estas associações.
  19. 19. 19 3 PRÁTICAS E EXPERIMENTOS Todos os experimentos realizados aqui se deram por meio de roteiro previamente escolhido pelo professor bem como a observação de todos os apontamentos da revisão teórica. 3.1 Primeira Prática – Placa de Ensaios de Circuitos Elétricos Este experimento está dividido em 3 partes distintas, entretanto, uma complementa a outra. 3.1.1 Experimento I – Parte I Na realização deste experimento se uso o (s) seguinte (s) material (is): 01 Fonte de tensão de 6V; 01 Placa para ensaios de circuitos elétricos; 02 Fios para conexão; 01 Lâmpada de 6V/2W. Tendo reunido todos esses materiais procedeu-se à sua realização. 1º Montar o circuito na placa para ensaios de circuitos elétricos; 2º Ligar o pólo positivo da fonte de tensão 6V a um dos lados da lâmpada C; 3º Ligar o outro lado da lâmpada C ao pólo negativo da fonte de tensão 6V. Os resultados obtidos foram anotados. 3.1.2 Experimento I – Parte II Na realização deste experimento se uso o (s) seguinte (s) material (is): 01 Fonte de tensão 6V; 01 Placa para ensaios de circuitos elétricos; 03 Fios para conexão; 01 Lâmpada de 6V/2W. Tendo reunido todos esses materiais procedeu-se à sua realização. 1º Montar o circuito na placa para ensaios de circuitos elétricos; 2º Ligar o pólo negativo da fonte de tensão (6V) ao ponto 3 da chave; 3º Ligar o ponto 2 da chave a um dos lados da lâmpada C; 4º Ligar o outro lado da lâmpada C ao pólo positivo da fonte de tensão de 6V; 5º Mudar a posição da alavanca na chave e observar a lâmpada. Os resultados obtidos foram anotados.
  20. 20. 20 3.1.3 Experimento I – Parte III Na realização deste experimento se uso o (s) seguinte (s) material (is): 01 Fonte de tensão 6V; 01 Placa para ensaios de circuitos elétricos; 05 Fios para conexão; 01 Lâmpada de 6V/2W. Tendo reunido todos esses materiais procedeu-se à sua realização. 1º Montar o circuito na placa para ensaios de circuitos elétricos; 2º Ligar o pólo positivo da fonte de tensão 6V ao ponto 3 do potenciômetro; 3º Ligar o pólo negativo da fonte de tensão 6V ao ponto 1 do potenciômetro; 4º Ligar o ponto 2 do potenciômetro ao ponto 3 da chave; 5º Ligar o ponto 2 da chave a um dos lados da lâmpada C; 6º Ligar o outro lado da lâmpada C ao ponto 3 do potenciômetro; 7º Ligar a chave e girar o dial do potenciômetro. Observar o brilho da lâmpada. Os resultados obtidos foram anotados. 3.2 Segunda Prática – Resistores Este experimento assim como o anterior se baseou na análise teórica vista. 3.2.1 Experimento II Na realização deste experimento se uso o (s) seguinte (s) material (is): 10 Resistores com resistências elétricas diferentes; 01 Placa para ensaios de circuitos elétricos. 01 Ohmímetro Tendo reunido todos esses materiais procedeu-se à sua realização. 1º Escolhe-se 10 resistores e anota-se as 4 cores constituintes de cada um, sendo que a última é sempre o ouro; 2º Com o auxílio da tabela de códigos de cores identificamos o valor nominal de cada resistor; 3º Com o auxílio da placa de circuitos identificamos as ilhas de número 1 e 2 e testamos cada um dos 10 resistores fazendo uso do Ohmímetro; 4º Após obter os dados no Ohmímetro para cada um dos 10 resistores devemos anotar os valores e comparar se o resultado mostrado no visor se aproxima do valor calculado na tabela de códigos de cores; Os resultados obtidos foram anotados.
  21. 21. 21 3.3 Terceira Prática – Associação de Resistores Este experimento está divido em 2 partes distintas, entretanto, um complementa o outro. 3.3.1 Experimento III – Parte I Na realização deste experimento se uso o (s) seguinte (s) material (is): 01 Placa para ensaios de circuitos elétricos; 04 Fios para conexão; 03 Resistores iguais; 01 Multímetro digital com pontas de prova. Tendo reunido todos esses materiais procedeu-se à sua realização. 1º Foi feita a análise da associação de resistores com resistências iguais inicialmente em série tendo-se escolhido 3 resistores iguais, mediu-se a resistência de cada um e comparou-se com o valor teórico esperado e preencheu-se a tabela 1; 2º Calculou-se o valor do erro e a sua tolerância; 3º Com a placa de ensaios sobre a mesa colocou-se o resistor R1 entre as ilhas de conexão 1 e 2; 4º Colocou-se o resistor R2 entre as ilhas de conexão 2 e 3; 5º Colocou-se o resistor R3 entre as ilhas de conexão 3 e 4; 6º Com o multímetro se mediu as resistências indicadas e preencheu-se a tabela 2; 7º Todos os resultados obtidos foram anotados. 8º Em seguida mudou-se todo o circuito, dessa vez fazendo a análise da associação em paralelo com os mesmos 3 resistores. 9º Com a mesma placa de circuitos elétricos colocou-se o resistor R1 entre as ilhas de conexão 2 e 6; 10º Colocou-se o resistor R2 entre as ilhas de conexão 3 e 7; 11º Colocou-se o resistor R3 entre as ilhas de conexão 4 e 8; 12º Ligou-se com um fio de conexão as ilhas 2 e 3; 13º Ligou-se com um fio de conexão as ilhas 3 e 4; 14º Ligou-se com um fio de conexão as ilhas 6 e 7; 15º Ligou-se com um fio de conexão as ilhas 7 e 8; 16º Com o multímetro se mediu as resistências indicadas e preencheu-se a tabela 3;
  22. 22. 22 17º Todos os resultados obtidos foram anotados. 18º Depois de realizada as medidas acima, retirou-se o resistor R3 e refizeram-se as medidas da resistência; 19º O valor da resistência encontrado foi anotado para posterior análise. 20º Em seguida mudou-se novamente todo o circuito, dessa vez fazendo a análise da associação mista com os mesmos 3 resistores. 21º Com a mesma placa de circuitos elétricos colocou-se o resistor R1 entre as ilhas de conexão 6 e 7; 22º Colocou-se o resistor R2 entre as ilhas de conexão 7 e 8; 23º Colocou-se o resistor R3 entre as ilhas de conexão 3 e 4; 24º Ligou-se com um fio de conexão as ilhas 3 e 7; 25º Ligou-se com um fio de conexão as ilhas 4 e 8; 26º Com o multímetro se mediu as resistências indicadas e preencheu-se a tabela 4. 27º Todos os resultados obtidos foram anotados. 3.3.2 Experimento III – Parte II Na realização deste experimento se uso o (s) seguinte (s) material (is): 01 Placa para ensaios de circuitos elétricos; 04 Fios para conexão; 03 Resistores diferentes; 01 Multímetro digital com pontas de prova. Tendo reunido todos esses materiais procedeu-se à sua realização. 1º Foi feita a análise da associação de resistores com resistências diferentes inicialmente em série tendo-se escolhido 3 resistores diferentes, mediu-se a resistência de cada um e comparou-se com o valor teórico esperado e preencheu-se a tabela 5; 2º Calculou-se o valor do erro e a sua tolerância; 3º Com a placa de ensaios sobre a mesa colocou-se o resistor R1 entre as ilhas de conexão 1 e 2; 4º Colocou-se o resistor R2 entre as ilhas de conexão 2 e 3; 5º Colocou-se o resistor R3 entre as ilhas de conexão 3 e 4; 6º Com o multímetro, mediu-se as resistências indicadas e preencheu-se a tabela 6. 7º Todos os resultados obtidos foram anotados.
  23. 23. 23 8º Em seguida mudou-se todo o circuito, dessa vez fazendo a análise da associação em paralelo com os mesmos 3 resistores. 9º Com a mesma placa de circuitos elétricos colocou-se o resistor R1 entre as ilhas de conexão 2 e 6; 10º Colocou-se o resistor R2 entre as ilhas de conexão 3 e 7; 11º Colocou-se o resistor R3 entre as ilhas de conexa 4 e 8; 12º Ligou-se com um fio as ilhas de conexão 2 e 3; 13º Ligou-se com um fio as ilhas de conexão 3 e 4; 14º Ligou-se com um fio as ilhas de conexão 6 e 7; 15º Ligou-se com um fio as ilhas de conexão 7 e 8; 16º Com o multímetro, mediu-se as resistências indicadas e preencheu-se a tabela 7; 17º Depois de realizar as medidas acima, retirou-se o resistor R3, e refizeram- se as medidas; 18º O valor da resistência foi devidamente anotado. 19º Em seguida mudou-se todo o circuito, dessa vez fazendo a análise da associação mista com os mesmos 3 resistores. 20º Com a mesma placa de circuitos elétricos colocou-se o resistor R1 entre as ilhas de conexão 2 e 6; 21º Colocou-se o resistor R1 entre as ilhas de conexão 6 e 7; 22º Colocou-se o resistor R2 entre as ilhas de conexão 7 e 8; 23º Colocou-se o resistor R3 entre as ilhas de conexão 3 e 4; 24º Ligou-se com um fio as ilhas de conexão 3 e 4; 25º Ligou-se com um fio as ilhas de conexão 4 e 8; 26º Com o multímetro, mediu-se as resistências indicadas e preencheu-se a tabela 8; 27º Foi analisado o erro e comparado com a tolerância indicada nos resistores; 28º A partir da regra de associação de resistores em série e paralelo foi-se anotado todos os resultados obtidos.
  24. 24. 24 4 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS Após executado todos os experimentos e recolhido todos os resultados, procedeu-se a confrontação com a análise teórica. 4.1 Resultado da Primeira Prática Abaixo se foi expostos todos os experimentos da primeira. No experimento I – Parte I verificou-se que a lâmpada acendeu conforme instrução do roteiro. No experimento I – Parte II foi-se observado que ao seguir as instruções contidas no roteiro a lâmpada acendeu quando se foi ligado à chave e posteriormente ficou apagada quando mudamos a posição desta para o seu estado anterior. No experimento I – Parte III o brilho da lâmpada cresceu de maneira progressiva à medida que o potenciômetro foi regulado no sentido crescente e quando retardado esta apresentou redução do seu brilho. 4.2 Resultado da Segunda Prática No experimento II foi-se obtido como resultado para a resistência dos 10 resistores a tabela abaixo, sendo também expostos os valores do seu erro e posteriormente a tolerância. 1ª Faixa 2ª Faixa 3ª Faixa Resistor Cor Nº Cor Nº Cor Nº RΩ Valor Medido Erro % Tolerância % R1 Marrom 1 Preto 0 Laranja 3 10000 9970 0,3 5 R2 Marrom 1 Vermelho 2 Vermelho 2 1200 1220 1,67 5 R3 Marrom 1 Preto 0 Laranja 3 10000 9960 0,4 5 R4 Amarelo 4 Violeta 7 Vermelho 2 4700 4650 1,06 5 R5 Vermelho 2 Laranja 3 Preto 0 23 10 56,52 5 R6 Marrom 1 Preto 0 Vermelho 2 1000 960 4 5 R7 Laranja 3 Laranja 3 Preto 0 33 10 69,69 5 R8 Marrom 1 Preto 0 Amarelo 4 100000 99000 1 5 R9 Marrom 1 Preto 0 Marrom 1 100 80 20 5 R10 Vermelho 2 Vermelho 2 Vermelho 2 2200 2160 1,81 5 Tabela 9. Valores das resistências dos 10 resistores
  25. 25. 25 4.3 Resultado da Terceira Prática Abaixo se foi expostos todos os experimentos da primeira. No experimento III – Parte I foi-se realizado a associação de 3 resistores com “iguais” resistências, em suas três modalidades, série, paralelo e mista. Abaixo temos os resultados expostos por meio de uma seqüência de tabelas. Cores das Faixas Valor Teórico Ω Valor Medido Ω Erro % Tolerância %Resistor 1ª 2ª 3ª 4ª R1 Verde Azul Ouro Ouro 5,6 5,7 ±0,1 1,78 5 R2 Verde Azul Ouro Ouro 5,6 5,7 ±0,1 1,78 5 R3 Verde Azul Ouro Ouro 5,6 5,8 ± 0,1 3,57 5 Tabela 1. Resistores iguais Resistores Valor Medido Ω R12 11,3 R23 11,3 R123 16,8 Tabela 2. Resistência de associação em série Resistores Valor Medido Ω Valor Medido sem R3 Ω R12 2,1 3,0 R23 2,1 3,0 R123 2,1 3,0 Tabela 3. Resistência de associação em paralelo Resistores Valor Medido Ω R12 5,8 R23 3,0 R123 8,5 Tabela 4. Resistência de associação mista No experimento III – Parte II foi-se realizado a associação de 3 resistores com diferentes resistências, em suas três modalidades, série, paralelo e mista. Abaixo temos os resultados expostos por meio de uma seqüência de tabelas.
  26. 26. 26 Resistores Cores das Faixas Valor teórico Ω Valor Medido Ω Erro % Tolerância %1ª 2ª 3ª 4ª R1 Vermelho Vermelho Preto Ouro 22 22,2 0,9 5 R2 Marrom Preto Amarelo Ouro 100000 99400 0,6 5 R3 Marrom Vermelho Marrom Ouro 120 117,8 1,83 5 Tabela 5. Resistores diferentes Resistor Valor Medido Ω R12 99700 R23 99800 R123 99800 Tabela 6. Resistência de associação em série Resistor Valor Teórico Ω Valor Medido sem R3 Ω R12 18,5 22,1 R23 18,7 ± 0,1 22,3 R123 18,8 22,3 Tabela 7. Resistência de associação em paralelo Resistor Valor Medido Ω R12 22,1 R23 117,4 R123 139,4 Tabela 8. Resistência de associação mista
  27. 27. 27 5 CONCLUSÃO A partir dos experimentos da Primeira Prática pode-se constatar que todos os pontos a cerca da fundamentação teórica foram respeitados e obtidos em cada uma das 3 etapas, onde, por exemplo, se observou na Parte I que como não havia nenhum ponto de interrupção da corrente entre a fonte de tensão de 6V e a lâmpada C está ligou-se imediatamente, entretanto, se houve uma chave (liga/desliga) entre estes dois pontos (fonte e lâmpada) a lâmpada C somente acenderia dependendo da posição da chave. Na Parte III ainda da prática I, vimos que a função do potenciômetro é medir a intensidade da corrente que é passada da fonte de 6V para a lâmpada e como não havia conexão em paralelo a corrente foi imediatamente transmitida para a lâmpada, sendo a intensidade luminosa variando apenas com o regulador do potenciômetro. Já na Segunda Prática constatamos que dos 10 resistores escolhidos, apenas 3 mostraram resultados não condizentes com o valor da tolerância, sendo eles, os resistores R5, R7 e R9, onde os seus valores medidos foram respectivamente 56,52%, 69,69% e 20%, ultrapassando em muito o valor de tolerância de 5%. Por fim, na Terceira Prática em sua Parte I vimos que com base nas tabelas obtida e na análise teórica a associação em paralelo com o resistor R3 e sem o resistor R3 apresentou valores de resistências iguais, diferentemente da Parte II que apresentou na mesma situação, com e sem o resistor R3, valores diferentes da resistência, o que condiz com o abordado na pesquisa teórica sobre resistores em paralelo. Vale ressaltar ainda que com base nos cálculos abaixo sobre o cálculo do erro quando comparado as associações em série e paralelo estas apresentaram valores dentro da tolerância de 5% o que condiz com o texto pesquisado. Para a resistência em paralelo o cálculo a ser feito é o seguinte: 1 REquivalente = 1 R2 + 1 R3 , REquivalente = R2 x R3 R2+R3 = 119,86 𝛺 Já para a resistência em série o cálculo a ser feito é o seguinte: RTotal = R1 + REquivalente = 141,86 Ω A partir desses dados precede-se ao cálculo do erro (em %): Erro (%) = 139,4−141,86 141,86 x 100% = 1,73%. Dentro da tolerância.
  28. 28. 28 REFERÊNCIAL BIBLIOGRÁFICO Ramalho, Nicolau e Toledo. Os Fundamentos da Física, Vol. 03, 7ª Ed. Editora Moderna; Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga. Física (Ensino Médio), Vol.03, 1ª Ed. Editora Scipione; Helou, Gualter e Newton. Tópicos de Física, Vol. 03, 16ª Ed. Editora Saraiva; Serway, Raymond A. and Jewett Jr., John W. Princípios de Física, volume 3. Pioneira Thomson Learning, São Paulo, 2004.

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