electromagnetismo e Óptica
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Electromagnetismo e Óptica
Relatório nº1 - CORRENTE CONTÍNUA - Verificação Experimental
da Lei de Ohm
Docente: José A. R. Pacheco de Carvalho
Grupo: 2
Autores: David Ludovino nº26675
Dinarte Quintal nº27231
Filipe Andrade nº26518
José Félix nº26490
Covilhã, 20 de Maio de 2012
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Índice
Objectivos e Introdução Teórica__________________________________3
Material_____________________________________________________6
Metodologia Experimental_____________________________________11
Resultados__________________________________________________14
Análise e Discussão de Resultados_______________________________15
Conclusões_________________________________________________16
Bibliografia_________________________________________________17
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Objectivos e Introdução Teórica
A corrente contínua é o fluxo ordenado de eletrões sempre numa
direção. Este tipo de corrente, permite a verificação da Lei de Ohm, que
supõe que a intensidade da corrente elétrica é dada pelo quociente entre
a diferença de potencial e a resistência elétrica do condutor. Neste
trabalho o objetivo principal passou pela familiarização com os conceitos
conceptualizados no decorrer das aulas teóricas, e a verificação
experimental das suas propriedades e aplicações, portanto, verificar a Lei
de Ohm para as resistências (R1, R2, R3).
Vamos agora fazer algumas considerações teóricas:
Lei de Ohm:
A lei de Ohm diz que a tensão V aos terminais dum componente
linear R é diretamente proporcional à corrente I que o percorre, sendo
essa constante o valor da resistência R ou seja V=R*I.
Intensidade de Corrente Elétrica:
A intensidade de corrente elétrica é o número de cargas elétricas
que atravessam uma secção transversal do circuito na unidade de tempo.
O símbolo de corrente elétrica é I e a unidade SI é o
ampere (A) em homenagem ao físico e matemático
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francês André Ampère. Um ampere corresponde a um fluxo de carga de 1
Coulomb por segundo.
Quanto maior o número de eletrões a atravessar o condutor por
unidade de tempo, maior a Intensidade de Corrente.
Diferença de Potencial Elétrico:
A diferença de potencial elétrico (ddp) entre dois pontos é a medida
do trabalho que é necessário realizar para mover uma carga do ponto de
potencial mais baixo para o ponto de potencial mais alto, por unidade de
carga. O termo tensão também é usado para designar ddp.
O seu símbolo é V e a unidade de medida é o volt (V). Um volt é a
ddp que existe entre dois pontos num campo elétrico
quando é necessário realizar um trabalho de um joule
para deslocar uma carga de um coulomb entre esses dois
pontos.
Para medir uma ddp, toma-se como referência zero o potencial
elétrico da massa (zero local do aparelho ou circuito) ou da terra
(referência zero da rede elétrica).
Resistência:
Para certos materiais condutores e/ou para intensidades de
corrente relativamente reduzidas a corrente é diretamente proporcional à
ddp aos seus terminais:
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A resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor
à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de
potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Primeira Lei de Ohm, e,
segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em ohms.
Quando uma corrente elétrica é estabelecida em
um condutor metálico, um número muito elevado de eletrões livres passa
a se deslocar nesse condutor. Nesse movimento, os eletrões colidem
entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os
eletrões encontram uma certa dificuldade para se
deslocar, isto é, existe uma resistência à passagem
da corrente no condutor. Para medir essa resistência, os
cientistas definiram uma grandeza que denominaram
resistividade elétrica.
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Material
Circuito:
Utilizamos como resistência um reóstato. Para 3 posições do cursor
do reóstato, (evitando-se por segurança, posições inferiores cerca de ¼ do
comprimento), determinamos as respetivas resistências.
Reóstato:
O reóstato é um dispositivo utilizado para variar a resistência de um
circuito, assim aumenta-se ou diminui-se, conforme o desejado, a
intensidade da corrente no circuito. Por definição o reóstato é um
dispositivo que pode variar a sua forma ou as suas dimensões, de modo a
obter uma resistência variável. O reóstato pode ser dividido em duas
classes.
Variação Contínua: O reóstato de variação contínua, comum
denominado de potenciómetro, apresenta uma resistência
que pode assumir qualquer valor entre zero e um dado o
valor máximo específico. Este tipo de reóstato é constituído
basicamente por um condutor de um determinado
comprimento e um cursor que se move ao longo do condutor.
Nestas condições, variando-se a posição do cursor, variamos
o comprimento do condutor logo variamos a resistência
elétrica.
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Variação Descontínua: O reóstato de variação descontínua
somente pode assumir determinados valores de correntes do
facto de a sua construção ser feita a partir de um conjunto de
resistores com resistências bem determinadas.
Amperímetro:
O amperímetro é um instrumento utilizado para fazer a medida da
intensidade no fluxo da corrente elétrica que passa através da sessão
transversal de um condutor. A unidade usada é o Ampere.
Como a corrente elétrica passa através dos
condutores e dispositivos ligados a eles, para aferir a
corrente que passa por alguma região de algum circuito,
deve-se colocar o amperímetro em série com esta,
sendo necessário abrir o circuito no local da medida.
Para isso o amperímetro deve ter sua resistência
interna muito pequena, a menor possível. Se sua resistência interna for
muito pequena, comparada às resistências do circuito, consideramos o
amperímetro como sendo ideal. Assim, para as medições serem precisas,
é esperado que o amperímetro tenha uma resistência muito pequena
comparada às do circuito.
Figura 2 -Amperímetro.
Figura 1 – Reóstato
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Os amperímetros podem medir correntes contínuas ou alternadas e
podem possuir várias escalas que permitem o seu ajuste para medidas
com a máxima precisão possível. Na medição de corrente contínua, deve-
se ligar o instrumento com o polo positivo no ponto de entrada da
corrente convencional, para que a deflexão do ponteiro seja para a direita.
Figura 3 – Circutos.
Voltímetro:
O voltímetro é um aparelho que realiza medições de tensão elétrica
num circuito e exibe essas medições, geralmente, por meio de
um ponteiro móvel ou um mostrador digital, de cristal líquido
(LCD) por exemplo. A unidade apresentada geralmente é o volt.
Muitos voltímetros, na verdade, são nada mais do que
amperímetros com alta resistência interna. O projeto dos
voltímetros é tal que, com sua alta resistência interna, introduzam o
mínimo de alterações no circuito que está sendo monitorizado. Assim
como um amperímetro indica a corrente que passa por ele, um voltímetro
indica a tensão entre seus terminais.
Para aferir a diferença de tensão entre dois pontos de um circuito,
convém colocar o voltímetro em paralelo com a secção do circuito
compreendida entre estes dois pontos.
Figura 4 – Multímetro
na função de
voltímetro.
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Para não atrapalhar o circuito, sua resistência interna deve ser
muito alta, a maior possível. Se a sua resistência interna for muito alta,
comparada às resistências do circuito, consideramos o aparelho como
sendo ideal. Por isso, para as medições serem precisas, é esperado que o
voltímetro tenha uma resistência muito grande comparada às do circuito.
Voltímetros podem medir tensões contínuas ou tensões alternadas,
dependendo das qualidades do aparelho.
Figura 5 –Circuitos.
Fonte de Alta-Tensão
Todo dispositivo eletroeletrónico necessita de
energia elétrica para seu funcionamento. A fonte de
tensão é o lugar onde tais dispositivos buscam essa
energia que proporciona seu funcionamento. Dentre os
diversos tipos de fontes de tensão destacamos dois
grupos: as que fornecem tensão alternada e as que
fornecem tensão contínua. As de tensão alternadas são normalmente
aquelas que geram tensão por meio de indutores, como um
transformador de fio enrolado. As de tensão contínua podem ser as que
utilizam processos químicos, como as baterias de carro e pilhas, ou
proveniente da retificação da tensão alternada, ou seja, conversão da
tensão alternada em contínua por meio de componentes eletrónicos, os
Figura 5 -Fonte de
Tensão
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díodos. No mundo moderno as fontes de tensão estão presentes por toda
a parte. A mais comum pode dizer que é a rede elétrica de nossa casa, ou
apartamento, com a qual interagimos todos os dias assim que ligamos
algum dispositivo eletrónico como a TV ou o micro-ondas.
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Metodologia Experimental
Protocolo Experimental:
Montagem com Reóstato
Considere a montagem seguinte, que envolve uma fonte de tensão
com voltímetro Vf, um amperímetro A, um voltímetro V e o reóstato R de
330Ω.
Figura 6 – Montagem com o reóstato para verificar a lei de Ohm.
Procedimento experimental
a) Coloque o reóstato sucessivamente nas posições P1, P2 e P3. Para
cada posição aplique a tensão V a variar (unitariamente de 0V até
10V e calcule e meça as correspondentes corrente I (I1,I2,I3) e as
tensões no Voltímetro da fonte Vf (Vf1, Vf2, Vf3). Com os dados
obtidos preencha a tabela:
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b)
Vol I Teóricos (Lei de Ohm) I Experimental (Amp.) Vf (Vuímetro) Estimação do
erro
V I1=V/R1 I2=V/R2 I3=V/R3 I1(P1) I2(P2) I3(P3) Vf1 Vf2 Vf3 ∆Vf1 ∆Vf1/V
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
Tabela 1 - Dados do reóstato para 3 posições P1, P2, P3
c) Com os dados da tabela anterior. Elabore um gráfico com as 3
curvas da corrente experimental I (I1, I2, I3) em função da tensão V
no Voltímetro ou seja I(I1, I2, I3) =f(V).
Figura 10- Gráfico com as 3 curvas (Lei de Ohm correspondente às 3
resistências R1, R2, R3)
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Constante que se verifica a lei de Ohm para as 3 posições, ou seja,
trata-se de 3 retas de inclinação diferente, mas que passam de todas pela
origem.
d) Verifique, que a tensão Vf, medida pelo Voltímetro da fonte, tem
um erre variável relativamente à tensão medida pelo Voltímetro V.
Calcule o erro absoluto ∆Vf1=Vf1-V e relativo ∆Vf1/V. Justifique.
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Resultados
a) e c)
I Teóricos (Lei de Ohm) I Experimental (Amp.) Vf (Voltímetro) Estimação do
erro
V I1=V/R1 I2=V/R2 I3=V/R3 I1(P1) I2(P2) I3(P3) Vf1 Vf2 Vf3 ∆Vf1 ∆Vf1/V
0.0 0 A 0 A 0 A 0 0 0 0 0 0 0
1.0 0,01 A 0,005 A 0,003 A 0,0092 0,0048 0,0033 0,94 0,96 0,99 0,963 0,963
2.0 0,02 A 0,01 A 0,006 A 0,0172 0,0093 0,0062 1,77 1,86 1,88 1,837 0,9185
3.0 0,03 A 0,015 A 0,01 A 0,0265 0,0144 0,0094 2,74 2,88 2,84 2,82 0,94
4.0 0,04 A 0,02 A 0,013 A 0,0347 0,0189 0,0127 3,58 3,80 3,83 3.74 0,935
5.0 0,05 A 0,025 A 0,016 A 0,0435 0,0236 0,0157 4,49 4,73 4,75 4,66 0,932
6.0 0,06 A 0,03 A 0,02 A 0,052 0,0282 0,0191 5,35 5,66 5,77 5,59 0,932
7.0 0,07 A 0,035 A 0,023 A 0,061 0,0328 0,0222 6,21 6,59 6,70 6,5 0,929
8.0 0,08 A 0,04 A 0,026 A 0,691 0,0376 0,0256 7,17 7,53 7,71 7,74 0,9675
9.0 0,09 A 0,045 A 0,03 A 0,0777 0,0423 0,0289 8,05 8,47 8,71 8,41 0,934
10.0 0,1 A 0,05 A 0,03 A 0,0864 0,0473 0,0318 8,95 9,48 9,60 9,34 0.934
b)
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0 5 10 15
I (A
mp
.)
Volts (V)
I vs V
1ª Posição (P1)
2ª Posição (P2)
3ª Posição (P3)
Varela...
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Análise e Discussão de Resultados
Ao olhar para os resultados, é de ser salientar o facto de os valores
experimentais obtidos serem detentores de um desfasamento em relação
ao valor teórico, sendo no entanto, muito próximos, o que nos deixa
muito satisfeitos. Isto deve-se à pequena a indução de erros de medição
na recolha dos dados, quer pelo operador, quer pela imprecisão e alguma
má calibração dos equipamentos.
É com grande satisfação que verificamos que as retas traçadas no
gráfico são o que estávamos à espera, com o declive maior a ser
apresentado na reta da primeira posição, decrescendo posteriormente
para as outras duas posições, sendo a reta correspondente à posição P3, a
que menor declive apresenta.
Conforme pedido, apresentamos agora as equações de cada uma
das retas, isto é, a função I (v):
Posição P1: I (v) = 0.01121201v - 0.0001992
Posição P2: I (v) = 0.0053018v - 0.00004403
Posição P3: I (v) = 0.0034518v - 0.0001988
Algo que nos deixou muito satisfeitos, é o facto do erro cometido
em cada medição ser sempre inferior a 10%, o que demonstra que fizemos
bem a atividade laboratorial.
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Conclusões
Para concluir, apenas referir que com as medições de voltagem lidas
no voltímetro, e com as intensidades de corrente medidas no
amperímetro, foi possível aplicar a lei de Ohm V=RI, obtendo a resistência
que estava selecionada no reóstato, verificando assim a Lei de Ohm,
sendo que este era o principal objetivo do trabalho.
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Bibliografia
http://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Ohm
http://www.infopedia.pt/$lei-de-ohm
http://www.deetc.isel.ipl.pt/electronica/leic/fae/teoria/leis/lei_oh
m_1.htm
Apontamentos das Aulas, J. A. R. Pacheco de Carvalho, UBI, 2010/2011