Lei de Ohm e Potencia Eletrica - SOL

UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
Departamento de Engenharia - Área de Eletricidade
Experimento Prático No 4
Eletricidade para Engenharia
Lei de Ohm e Potência Elétrica
LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE
Exper.
4
Lei de Ohm e Potência Elétrica
Objetivo
Verificar a lei de Ohm.
Determinar a resistência elétrica através de valores de tensão e corrente.
Levantar a curva de potência em função da corrente de um resistor.
Observar o efeito Joule.
Fundamentação Teórica
A resistência é a propriedade do material de se opor ou resistir ao movimento dos elétrons e fazer
necessária à aplicação de uma tensão para manter o fluxo de corrente.
Nos metais e em alguns outros tipos de condutores a corrente é proporcional à tensão aplicada: um
aumento na tensão provoca um aumento proporcional na corrente.
Matematicamente, tem-se a relação
V=R.I
com : V = tensão aplicada [V]
R = resistência []
I = intensidade da corrente [A]
A relação linear entre tensão e corrente é representada graficamente por uma reta que passa pela
origem, conforme a figura a seguir:
V
V
I
Figura (1)
I
Do gráfico anterior, conclui-se que o valor da resistência em questão é numericamente igual à
tangente da reta (I x V):
R
V V

I I
Para se determinar à curva característica de um resistor, deve-se medir a intensidade da corrente que
o atravessa e a tensão aplicada sobre ele. Assim utilizaremos um esquema de medição conforme a figura a
seguir.
O circuito é composto por uma fonte variável de tensão contínua ligada em série com um resistor. A
determinação das variáveis elétricas é obtida diretamente dos aparelhos de medição, voltímetro e
amperímetro.
2
I
V(V)
I
+
mA
+
100
0-10V
10
V-
V
8
6
-
4
2
20 40
60
80 100
I(mA)
Figura (2)
V
2
86
10  2
8
R 



 100
3
3
3
I 20.10
(80  60).10
(100  20).10
80 x10 3
A taxa com que a energia é fornecida ou consumida em um sistema genérico é, por definição, a
potência do mesmo.
P
com
W
T
Energia medida em Joules [J]
Tempo medido em segundos [s]
Potência medida em watt [W]
Em termos de grandezas elétricas, a potência fornecida ou absorvida por um componente é expressa
matematicamente pelo produto da tensão aplicada (ou gerada) pela intensidade da corrente que o atravessa.
P V .I
Se o componente é um resistor, a tensão e a corrente estão relacionadas pela lei de Ohm, ora
mencionada e as seguintes expressões são válidas:
P  R.I 2 
V2
R
A potência elétrica em um resistor é uma função quadrática da corrente ou da tensão. Cada resistor
possui uma especificação máxima da potência que ele pode absorver sem se superaquecer até uma temperatura
destrutiva.
O efeito de aquecimento de um resistor quando percorrido por uma corrente elétrica é, em muitos
casos, o fenômeno de interesse na aplicação do dispositivo, tal como ocorre com o chuveiro elétrico, com
lâmpadas incandescentes, ferro elétrico, secador, etc. A energia elétrica entregue por uma fonte aos terminais
de um resistor é transformada em calor. Tal fenômeno é conhecido como efeito Joule.
Material Utilizado
Fonte variável: 0 a 30 V – corrente contínua variável;
Resistores : 470, 1k, 2,2k e 3,9k, todos de 1/8 W, com tolerâncias elétricas variáveis;
Resistores: 100/1W e 100/5W, com tolerâncias elétricas variáveis;
Multímetros analógicos e digitais;
Kits desenvolvidos no laboratório;
Fios e cabos para realização do experimento;
3
Indicadores de temperatura (termômetros digitais / analógicos);
Lupas para a visualização de resistores.
Procedimento Prático
1 - Monte o circuito da figura (3), com os valores de R descritos no quadro (1).
I
+
mA
+
0-10V
100
V-
Figura (3)
2 - Varie a tensão da fonte, conforme a primeira coluna do quadro (1). Para cada valor de tensão ajustada,
meça e anote o valor da corrente, e da queda de tensão no resistor utilizando o multímetro digital. (Obs.: Para
cada valor de resistência indicado no quadro abaixo, montar o circuito do item anterior).
Vfonte
R=100
R=470
R=1k
R=2,2k
R=3,9k
[V]
I [A]
V [V]
I [A]
V [V]
I [A]
V [V]
I [A]
V [V]
I [A]
V [V]
0
2
4
6
8
10
Quadro (1)
3 - Repita o Item 2 utilizando agora o multímetro analógico. Anote os valores médios no Quando (2).
Vfonte
R=100
R=470
R=1k
R=2,2k
R=3,9k
[V]
I [A]
V [V]
I [A]
V [V]
I [A]
V [V]
I [A]
V [V]
I [A]
V [V]
0
2
4
6
8
10
Quadro (2)
4 - Com o circuito da figura (4), varie a tensão da fonte de acordo com o quadro (2), meça e anote as
respectivas correntes.
I
+
mA +
0-10V
V-
100/1W
Figura (4)
4
V [V]
I [mA]
P [mW]
0
2
4
6
8
10
Quadro (3)
5 – Repita o item anterior utilizando o multímetro analógico. Anote os valores no quadro (4).
V [V]
0
2
4
6
8
I [mA]
P [mW]
Quadro (4)
10
6 - Troque o resistor utilizado no item anterior por com as seguintes descrições: 100/5W. Preencha o quadro
(5) utilizando o multímetro digital.
V [V]
0
2
4
6
8
10
I [mA]
P [mW]
Quadro (5)
7 – Repita o item anterior utilizando agora o multímetro analógico. Anote os valores no quadro (6).
V [V]
0
2
4
6
8
I [mA]
P [mW]
Quadro (6)
10
8 - Monte o circuito da figura (5).
10V
100/1W
100/5W
Figura (5)
9 - Meça a tensão e a corrente em cada resistor utilizando o multímetro digital. Anote os valores no quadro
(7).
V [V]
I [mA]
P [W]
R []
100/1W
100/5W
Quadro (7)
10 – Repita o item anterior utilizando agora o multímetro analógico. Anote os valores no quadro (8).
V [V]
I [mA]
P [W]
R []
100/1W
100/5W
Quadro (8)
11 - Verifique o aquecimento dos dois resistores. Para isto utilize o termopar tipo K. Meça e anote no
quadro(9), 10 medidas de temperatura para cada resistor e a temperatura diferencial entre ambos. Descreva o
que você observou.
5
Leituras
R/P = 100/1W
R/P = 100/5W
Temperatura
Diferencial [°C]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Quadro (9)
Observações:_____________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
Questões
1 - Com os valores registrados no quadro (1), levante o gráfico v = f(I) para cada resistor, em um mesmo plano
em papel milimetrado ou planilha Excel.
2 - Determine, através do gráfico, o valor de cada resistência.
3 - Explique as discrepâncias sobre os valores nominais.
4 - Determine o valor da resistência elétrica que quando submetido a uma tensão de 5V, é percorrida por uma
corrente de 200mA.
5 - Com os quadros obtidos, construa os gráficos da potência em função da corrente de cada resistor.
6 - Qual dos resistores elétricos (100/1W e 100/5W) aqueceu mais? Por quê?
7 - Calcule para os três resistores 100 (1/8 W), 100 (1W) e 100 (5W), a corrente máxima e a tensão
máxima que podem ser aplicadas sem danos aos transdutores térmicos (resistores).
8 - Escreva a equação do gerador para cada resistor do experimento.
9 - É possível trabalhar equações do gerador ideal e/ou real para este laboratório? Explique detalhadamente.
10 - Refaça o desenho da figura (5) e insira amperímetro(s) e voltímetro(s) para todas as possíveis leituras.
11 - Fazer todos os exercícios dos capítulos 1, 2 e 7 do livro do Gussow, Milton – Eletricidade básica.
12 - Trace as curvas lineares (I-V) para um resistor de 100Ω e um de 0,5Ω em um gráfico.
13 - Trace as curvas lineares (I-V) para um resistor de 2KΩ e um de 50kΩ em um gráfico.
14 - Se um resistor dissipa 420J em 7 min, qual a potência dissipada?
6
15 - A potência dissipada por um componente é 40 joules por segundos. Quanto tempo será necessário para
que seja dissipados 640J?
16 - (a) Quantos joules uma pequena lâmpada de 2W dissipa em 8h?
b) Qual o valor da energia calculado no item a em quilowatts-hora?
17 - Um resistor de 10Ω tem uma taxa de deslocamento de cargas de 300 Coulomb por minutos (C/min). Qual
a potência dissipada pelo resistor?
18 - A corrente através de um resistor de 4Ω é 7mA. Qual a potência dissipada pelo resistor?
19 - Um resistor de ½ W tem uma resistência de 1000Ω. Qual a maior intensidade de corrente que pode
percorrer este resistor com segurança?
20 - Um resistor de 2,2KΩ no interior de um aparelho de som estéreo dissipa 42mW. Qual a tensa entre os
terminais do resistor?
21 - Uma bateria CC pode fornecer 45mA a 9V. Qual a potência gerada pela bateria?
22 - Uma televisão portátil em preto e branco drena 0,455A a 9V.
a) Qual a Potência da televisão?
b) Qual a resistência interna da televisão?
c) Qual a quantidade de energia consumida durante 6 horas de operação?
23 - Um aparelho estéreo drena 2,4A a uma tensão de 120V. A potência de áudio de saída é de 450W?
24 - Um resistor de 10Ω está ligado a uma bateria de 15V.
a) Qual energia, em joules, ele dissipa em 1 min?
b) Se o intervalo de tempo considerado for 2 min, a energia dissipada aumentará? E a potência
dissipada?
25 - Um aparelho estéreo drena 2,4A a uma tensão de 120V. A potência de áudio de saída é de 50W.
a) Quanto de potência é perdida em forma de calor no interior do sistema?
b) Qual a eficiência do sistema?
7