Trabalho de fisica

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Trabalho de fisica

  1. 1. 1 CPMG PEDRO XAVIER TEIXEIRA Aluna: Beatriz Mariane Alves de Moura Nº 47 Profº. Jorivan RESISTORES SENADOR CANEDO – GO 2015 Trabalhoapresentadopelaaluna BeatrizMariane Alvesde Moura do 3º ano I doensino médio,para a disciplinade física.
  2. 2. 2 ÍNDICE 1 – Introdução .................................................................................. 3 2 – Definição .................................................................................... 4 3 – Resistência e Resistividade ........................................................... 4 4 – Tipos de resistores ...................................................................... 6 5 – Código de cores .......................................................................... 7 6 – Diferentes .................................................................................. 7 7 – Associações entre resistores ........................................................ 9 8 – Conclusão .................................................................................. 16
  3. 3. 3 Introdução Esse trabalho tem como fundamento a definição e observação dos resistores, a sua composição e o seu comportamento em diversas situações. A corrente elétrica é um fluxo de elétrons que circula por um condutor quando entre suas extremidades houver uma diferença de potencial. Essa diferença de potencial é o que conhecemos como tensão. A variação da tensão aplicada ao sistema é que nos possibilita observar o funcionamento do resistor. Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição damos o nome de resistência elétrica, que possui como unidade ohm. Causam uma queda de tensão em alguma parte de um circuito elétrico, porém jamais causam quedas de corrente elétrica. Isso significa que a corrente elétrica que entra em um terminal do resistor será exatamente a mesma que sai pelo outro terminal, porém há uma queda de tensão. Utilizando-se disso, é possível usar os resistores para controlar a corrente elétrica sobre os componentes desejados. Estudando a Lei de Ohm observamos que a corrente, em um circuito, é diretamente proporcional a voltagem aplicada e inversamente proporcional a resistência, isto é, quanto maior a tensão aplicada maior a corrente.
  4. 4. 4 Definição Um resistor é um dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, ora com a finalidade de transformarenergiaelétricaemenergiatérmicapormeiodo efeitojoule,oracom a finalidade de limitar a corrente elétrica em um circuito. Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição damos o nome de resistência elétrica,que possui comounidade o ohm. Causam uma queda de tensão em alguma parte de um circuito elétrico, porém jamais causam quedas de corrente elétrica. Isso significa que a corrente elétricaque entraemumterminal doresistorseráexatamente amesmaque sai pelo outro terminal, porém há uma queda de tensão. Utilizando-se disso, é possível usar os resistores para controlar a corrente elétrica sobre os componentes desejados. Um resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que permanece constante independentemente da tensão ou corrente elétrica que circular pelo dispositivo. Os resistores podem ser fixos ou variáveis. Neste caso são chamados de potenciômetros oureostatos.O valor nominal é alterado ao girar um eixo ou deslizar uma alavanca. O valor de um resistor de carbono pode ser facilmente identificado de acordo com as cores que apresenta na cápsula que envolve o material resistivo, ou então usando um ohmímetro. Alguns resistores são longos e finos, com o material resistivo colocado ao centro, e um terminal de metal ligado em cada extremidade. Este tipo de encapsulamento é chamado de encapsulamento axial. A fotografia a direita mostra os resistores em uma tira geralmente usados para a pré-formatação dos terminais. Resistores usados em computadores e outros dispositivos são tipicamente muito menores, freqüentemente são utilizadas tecnologia de montagem superficial (Surface-mounttechnology), ou SMT, esse tipo de resistor não tem "perna" de metal (terminal). Resistores de maiores potências são produzidos mais robustos para dissipar calor de maneira mais eficiente, mas eles seguem basicamente a mesma estrutura. Resistência e resistividade Os resistores são utilizados como parte de um circuito eléctrico e incorporados dentro de dispositivos microelectrónicos ou semicondutores. A medição crítica de um resistor é aresistência, que serve como relação de Tensão para corrente é medida em ohms, uma unidade SI. Um componente tem uma resistência de 1 ohm se uma tensão de 1 volt no componente fizer com que percorra, pelo mesmo, uma corrente com a intensidade de 1 ampère,oque é equivalenteàcirculaçãode 1 coulomb de carga elétrica, aproximadamente 6.241506 x 1018 elétrons por segundo. Qualquer objeto físico, de qualquer material é um tipo de resistor. A maioria dos metais são materiais condutores,e opõe baixaresistênciaaofluxode corrente elétrica. O corpo humano, um pedaço de plástico, ou mesmo o vácuo têm uma resistência que pode ser mensurada. Materiais que possuem resistência muito alta são chamados isolantes ou dielétricos. A relação entre tensão, corrente e resistência, através de um objeto é dada por uma simples equação, Lei de Ohm:
  5. 5. 5 Onde V (ou U ) é a diferença de potencial em volts, I é a corrente que circula através de um objeto em ampères, e R é a resistência em ohms. Se V e I tiverem uma relação linear—isto é, R é constante—ao longo de uma gama de valores, o material do objeto é chamado de ôhmico. Um resistor ideal tem uma resistência fixa ao longo de todas as frequências e amplitudes de tensão e corrente. Materiais supercondutores emtemperaturasmuitobaixastêmresistênciazero. Isolantes (tais como ar, diamante,ououtrosmateriaisnão-condutores) podemterresistênciaextremamente alta (mas não infinita), mas falham e admitem que ocorra um grande fluxo de corrente sob tensões suficientemente altas. A resistência de um componente pode ser calculada pelas suas características físicas. A resistência é proporcional ao comprimento do resistor e à resistividade do material (uma propriedade do material), e inversamente proporcional à área da secção transversal. A equação para determinar a resistência de uma seção do material é: Onde é a resistividade domaterial, é ocomprimento,e é a área da secção transversal. Issopode serestendidoa umaintegral para áreasmaiscomplexas,masessafórmulasimples é aplicável a fios cilíndricos e à maioria dos condutores comuns. Esse valor está sujeito a mudanças em altas freqüências devido ao efeito skin, que diminui a superfície disponível da área. Resistores padrões são vendidos com capacidades variando desde uns poucos miliohms até cerca de umgigaohm;apenasumasérie limitada de valores, chamados valores preferenciais, estão disponíveis. Na prática, o componente discreto vendido como "resistor" não é um resistor perfeito como definido acima. Resistores são freqüentemente marcados com sua tolerância (a variação máxima esperada da resistência marcada). Em resistores codificados com cores, uma faixa mais cinza à direita demonstra uma tolerância de 10%, uma faixa douradasignifica5%de tolerância,umafaixavermelhamarca2% e uma faixamarromsignifica 1% de tolerância. Resistores com tolerância menores, também chamados de resistores de precisão, também estão disponíveis. Um resistor tem uma d.d.p. e corrente máximas de trabalho, acima das quais a resistência pode mudar (drasticamente, em alguns casos) ou o resistor pode se danificar fisicamente (queimar, por exemplo). Embora alguns resistores tenham as taxas de d.d.p. e corrente especificadas, a maioria deles são taxados em função de sua potência máxima, que é determinada pelo tamanho físico. As taxas mais comuns para resistores de composição de carvão e filme de metal são 1/8 watt, 1/4 watt e 1/2 watt. Resistores de filme de metal são mais estáveis que os de carvão quanto a mudanças de temperaturae a idade.Resistoresmaioressãocapazesde dissipar mais calor por causa de sua área de superfície maior.Resistoresdostipos wire-wound e sand-filled são usados quando se necessitade taxas grandes de potência, como 20 Watts. Além disso, todos os resistores reais também introduzem alguma indutância e capacitância, que mudam o comportamento dinâmico do resistor da equação ideal.
  6. 6. 6 Resistor variável Algunsresistoresvariáveisficamdentrode blocosque devem ser abertos de modo a ajustar o valordo resistor.Esse resistorvariávelde 5000 wattsé usado para o freio dinâmico da turbina de vento de um gerador da Lakota (True North Power) O resistor variável é um resistor cujos valores podem ser ajustados por um movimento mecânico, por exemplo, rodando manualmente. Os resistores variáveis podem ser de volta simples ou de múltiplas voltas com um elemento helicoidal. Alguns têm um display mecânico para contar as voltas. Reostato é umresistorvariável comdois terminais,sendoumfixoe ooutro deslizante. Geralmente são utilizados com altas correntes. Potenciômetro É um tipo de resistor variável comum, sendo comumente utilizado para controlar o volume em amplificadores de áudio. Metal Óxido Varistor ou M.O.V. / Varistores É um tipoespecial de resistorque tem dois valores de resistência muito diferentes, um valor muito alto em baixas voltagens (abaixo de uma voltagem específica), e outro valor baixo de resistência se submetido a altas voltagens (acima da voltagem específica do varistor). Ele é usado geralmente para proteção contra curtos-circuitos em extensões ou pára-raios usados nos postes de ruas, ou como "trava" em circuitos eletromotores. Termistores Dão resistênciasque variamoseuvalorde acordo com a temperaturaa que estãosubmetidas. A relaçãogeralmente é directa,porque osmetaisusadostêmumacoeficientede temperatura positivo,ousejase a temperaturasobe,aresistênciatambémsobe.Os metais mais usado são a platina, daí as desisgnação Pt100 e Pt1000(100 porque à temperatura 0 °C, têm uma resistênciade 100ohm,1000 porque à temperatura0 °C, têmuma resistênciade 1000ohm) e o Níquel (Ni100). Os termistores PTC e NTC, são um caso particular, visto que em vez de metais usam semicondutores, por isso alguns autores não os consideram resistores.
  7. 7. 7 PTC (Positive Temperature Coefficient) É um resistordependente de temperaturacom coeficientede temperaturapositivo. Quando a temperatura se eleva, a resistência do PTC aumenta. PTCs são freqüentemente encontrados emtelevisores, em série com a bobina desmagnetizadora, onde são usados para prover uma curta rajada de corrente na bobina quando o aparelho é ligado. Uma versão especializada de PTC é o polyswitch que age como um fusível auto-rearmável. NTC (Negative Temperature Coefficient) Tambémé umresistordependente da temperatura, mas com coeficiente negativo. Quando a temperaturasobe,suaresistênciacai.NTCsão freqüentemente usadosemdetectoressimples de temperaturas, e instrumentos de medidas. LDR (Light Dependent Resistor) É uma resistência que varia, de acordo com a intensidade luminosa incidida. A relação geralmente é inversa,ou seja a resistência diminui com o aumento da intensidade luminosa. Muito usado em sensores de luminosidade ou crespusculares. Código de cores Diferentes exemplos de resistores Por seu tamanho muito reduzido, é inviável imprimir nos resistores as suas respectivas resistências. Optou-se então pelo código de cores, que consiste em faixas coloridas indicadas como a, b, c e % de tolerância, no corpo do resistor. As primeiras três faixas servem para indicar o valor nominal de suas resistência e a última faixa, a porcentagem na qual a resistência pode variar seu valor nominal, conforme a seguinte equação: ± % da tolerância
  8. 8. 8 Na potência c, são permitidos valores somente até , o dourado passa a valer e o prateado . Valor nominal Cor Preto Marrom Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Cinza Branco Valor 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Valor da tolerância Cor Marrom Dourado Prata Sem cor Valo r ±1% ±5% ±10 % ±20% Especificação técnica de resistores As especificações técnicas de um resistor são: Características fundamentais Valor nominal da resistência [Ohm] Potência de dissipação nominal [W] Características secundárias Tolerância [%] (indica a diferença máxima em percentagem de variação do valor da resistência) Coeficiente de temperatura Coeficiente de tensão Tensão máxima nominal [V] Tensão de ruído Diagrama de potência-temperatura Característica resistência-frequência Potência de dissipação nominal [W]* Tolerância [%] (indica a diferença máxima (+/-) entre o valor nominal e o valor real da resistência) Os três primeiros são sempre indicados. A sucessão de valores nominais de resistência alta se ajusta a uma progressão geométrica: onde é o valor nominal da resistência na posição e é um coeficiente relacionado com a tolerância: Tolerância [%] K Nome da Série 20 6 E6 10 12 E12 5 24 E24 2 48 E48 1 96 E96 0.5 192 E192 0.25 192 E192 0.1 192 E192 Valores padrão de resistores
  9. 9. 9 Nas tabelas a seguir são mostrados os valores normalizados entre 1 e 10. Os outros valores padronizados podem ser obtidos multiplicando esses valores por potências de 10. Séries E6, E12, E24 (resistores de 4 faixas) Série E6 1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8 Série E12 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2 Série E24 1.0 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1 Séries E48, E96, E192 (resistores de 5 faixas) Série E48 1.00, 1.05, 1.10 ,1.15, 1.21, 1.27, 1.33, 1.40, 1.47, 1.54, 1.62, 1.69, 1.78, 1.87, 1.96, 2.05, 2.15, 2.26, 2.37, 2.49, 2.61, 2.74, 2.87, 3.01, 3.16, 3.32, 3.48, 3.65, 3.83, 4.02, 4.22, 4.42, 4.64, 4.87, 5.11, 5.36, 5.62, 5.90, 6.19, 6.49, 6.81, 7.15, 7.50, 7.87, 8.25, 8.66, 9.09, 9.53 Série E96 1.00, 1.02, 1.05, 1.07, 1.10, 1.13, 1.15, 1.18, 1.21, 1.24, 1.27, 1.30, 1.33, 1.37, 1.40, 1.43, 1.47, 1.50, 1.54, 1.58, 1.62, 1.65, 1.69, 1.74, 1.78, 1.82, 1.87, 1.91, 1.96, 2.00, 2.05, 2.10, 2.15, 2.21, 2.26, 2.32, 2.37, 2.43, 2.49, 2.55, 2.61, 2.67, 2.74, 2.80, 2.87, 2.94, 3.01, 3.09, 3.16, 3.24, 3.32, 3.40, 3.48, 3.57, 3.65, 3.74, 3.83, 3.92, 4.02, 4.12, 4.22, 4.32, 4.42, 4.53, 4.64, 4.75, 4.87, 4.99, 5.11, 5.23, 5.36, 5.49, 5.62, 5.76, 5.90, 6.04, 6.19, 6.34, 6.49, 6.65, 6.81, 6.98, 7.15, 7.32, 7.50, 7.68, 7.87, 8.06, 8.25, 8.45, 8.66, 8.87, 9.09, 9.31, 9.53, 9.76 Série E192 1.00, 1.01, 1.02, 1.04, 1.05, 1.06, 1.07, 1.09, 1.10, 1.11, 1.13, 1.14, 1.15, 1.17, 1.18, 1.20, 1.21, 1.23, 1.24, 1.26, 1.27, 1.29, 1.30, 1.32, 1.33, 1.35, 1.37, 1.38, 1.40, 1.42, 1.43, 1.45, 1.47, 1.49, 1.50, 1.52, 1.54, 1.56, 1.58, 1.60, 1.62, 1.64, 1.65, 1.67, 1.69, 1.72, 1.74, 1.76, 1.78, 1.80, 1.82, 1.84, 1.87, 1.89, 1.91, 1.93, 1.96, 1.98, 2.00, 2.03, 2.05, 2.08, 2.10, 2.13, 2.15, 2.18, 2.21, 2.23, 2.26, 2.29, 2.32, 2.34, 2.37, 2.40, 2.43, 2.46, 2.49, 2.52, 2.55, 2.58, 2.61, 2.64, 2.67, 2.71, 2.74, 2.77, 2.80, 2.84, 2.87, 2.91, 2.94, 2.98, 3.01, 3.05, 3.09, 3.12, 3.16, 3.20, 3.24, 3.28, 3.32, 3.36, 3.40, 3.44, 3.48, 3.52, 3.57, 3.61, 3.65, 3.70, 3.74, 3.79, 3.83, 3.88, 3.92, 3.97, 4.02, 4.07, 4.12, 4.17, 4.22, 4.27, 4.32, 4.37, 4.42, 4.48, 4.53, 4.59, 4.64, 4.70, 4.75, 4.81, 4.87, 4.93, 4.99, 5.05, 5.11, 5.17, 5.23, 5.30, 5.36, 5.42, 5.49, 5.56, 5.62, 5.69, 5.76, 5.83, 5.90, 5.97, 6.04, 6.12, 6.19, 6.26, 6.34, 6.42, 6.49, 6.57, 6.65, 6.73, 6.81, 6.90, 6.98, 7.06, 7.15, 7.23, 7.32, 7.41, 7.50, 7.59, 7.68, 7.77, 7.87, 7.96, 8.06, 8.16, 8.25, 8.35, 8.45, 8.56, 8.66, 8.76, 8.87, 8.98, 9.09, 9.19, 9.31, 9.42, 9.53, 9.65, 9.76, 9.88. Associações entre resistores Os resistores são combinados em quatro tipos de associação, sendo elas denominadas de série, paralelo, estrela e triângulo. Estes são diferenciados pela forma da ligação entre eles. Qualquer que seja o tipo da associação, esta sempre resultará numa única
  10. 10. 10 resistência total, a qual é normalmente designada por resistência equivalente e sua forma abreviada de escrita é Req. Associação em série Numa associação em série os resistores formam uma seqüência linear, de tal forma a fazer a mesma corrente elétrica passar por todos os componentes da associação. Observe o circuito abaixo, que apresenta uma associação em série de resistores. Aplicando a lei das malhas, obtemos Pela primeira lei de Ohm, podemos fazer Então, substituindo na equação anterior, Mas vimos que numa associação em série é a mesma corrente que passa por todos os resistores,ou seja, Isso nos permite colocar a intensidade da corrente em evidência, Isso nos permite colocar a intensidade da corrente em evidência, onde que é a resistência equivalente da associação. Assim, chamamos de resistor equivalente o resistor (teórico) que, sozinho, vale por toda a associação. Fatos importantes sobre a associação em série: Todos os resistores são atravessados pela mesma corrente. Logo, a intensidade da corrente é igual para todos. A queda de tensão do resistor equivalente é a soma das quedas de tensão de cada resistor da associação.
  11. 11. 11 A resistência do resistor equivalente é a soma das resistências de cada resistor da associação. Ou seja, Associação em paralelo Numa associação em paralelo os resistores são arranjados de tal forma a terem 2 pontos de contato entre eles. Isso faz com que todos os membros da associação apresentem a mesma queda de tensão, e a corrente seja dividida entre eles. Observe o circuito abaixo, que apresenta uma associação em paralelo de resistores. Como ambos os resistores estão ligados aos mesmos dois pontos, a queda de tensão é igual para os dois. Ou seja, Daí, a equação para resistência equivalente num sistema paralelo será: Os fatos importantes para a associação em paralelo são: A corrente que passa pelo resistor equivalente é a soma das correntes que atravessam os resistores individuais. A queda de tensão do resistor equivalente é igual às quedas de tensões dos resistores individuais. Observe que a última equação acima pode ser escrita como: Associação mista Uma associação mistade resistores nada mais é do que a reunião desses dispositivos através de ligações em série e em paralelo. Para a resolução de circuitos deste tipo deve-se tomar o máximo de cuidado com a configuração apresentada, já que não existe um procedimento padrão para o cálculo das grandezas envolvidas.
  12. 12. 12 Uma maneirade procederé calculandoporetapas,redesenhandoocircuitocomos resultados obtidos. Exemplo Considere o circuito apresentado abaixo. Determine sua resistência equivalente. Observe que osresistoresdestacadosestãoemparalelo.Comosãodois resistores diferentes, usemos um dos atalhos apresentados. Assim,podemossubstituir os resistores de 30 Ω e 60 Ω por um só de 20 Ω. Eis o novo circuito: O destaque agora apresenta uma associação em série. Seu equivalente é Substituindo a associação pelo equivalente, o circuito fica assim:
  13. 13. 13 Resolvendo os dois resistores em paralelo, obtemos Novamente substituindo a associação pelo equivalente, obtemos Resolvendo a série, chegamos a e o circuito fica Finalmente, resolvendo a associação em paralelo, chegamos à resistência equivalente do circuito completo, que é
  14. 14. 14 Transformação Δ-Y (Triângulo-Estrela) Também conhecida como Transformação Delta-Estrela, Transformação Triângulo- Estrela,teoremade Kennelly,entre outros, ela é utilizada quando as regras de associação em paralelo e em série não possibilitam a determinação da resistência equivalente de um conjunto de resistores. Para entender a transformação Δ-Y vamos utilizar um exercício adaptado da segunda faze, prova de física, da UFPR (2011). Vamosdeterminararestenciaequivalentedosresistores da malha abaixo. Podemos observar que a malha possui dois lugares onde é possível aplicar a transformação (triangulos). Para o exercícios usaremos o triangulo superior. Na imagem a seguir podemos ver aonde ficarão as resistencias equivalentes. Para calcularas resistênciasequivalentesRa,Rbe Rc nósmultiplicamosasduasresistências ao lado de cada uma e dividimos pela soma de todas as resistências do triângulo. Assim as resistências equivalentes serão: Ra=(2x4)/(2+4+2) Rb=(2x2)/(2+4+2) Rc=(4x2)/(2+4+2) Os valores das resistências equivalentes serão: Ra=(2x4)/(2+4+2)= 8/8 = 1 Rb=(2x2)/(2+4+2)= 4/8 = 0,5 Rc=(4x2)/(2+4+2)= 8/8 = 1 Assim já é possível utilizando as regras de resistores em paralelo e em série terminar o exercício.
  15. 15. 15
  16. 16. 16 CONCLUSÃO O fim deste relatório nos leva a concluir que na associação em série as correntes em cada resistor são iguais a corrente da fonte e a diferença de potencial da fonte é a soma da diferença de potencial em cada resistor; já para a associação em paralelo podemos afirmar que a corrente da fonte é igual a soma da corrente em cada resistor e a diferença de potencial da fonte é igual a diferença de potencial em cada um dos resistores. Pude também verificar que a toda diferença de potencial podemos associar uma corrente elétrica que passa pelo circuito até chegar a um “bloqueio” aos elétrons que circulam pelo material condutor. A este tipo de obstrução ou oposição damos o nome de resistência elétrica, que é desempenhada pelo resistor; simples componente capaz de causar uma limitação na corrente elétrica de um circuito ou uma conversão de energia elétrica em energia térmica. A voltagem e corrente são diretamente proporcionais, já a corrente e resistência são inversamente proporcionais justamente pelo papel do resistorno circuito. Pudemos constatar a Lei de Ohm para condutores ôhmicos, como no caso explicitado no gráfico e usando de métodos algébricos, calcular os valores da resistência média e seus desvios.

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