laboratório de física iii - EAD

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Física . Módulo 5 . Volume 4
LABORATÓRIO DE FÍSICA III
Marcelo O’Donnell Krause
Ilhéus . 2012
Universidade Estadual de
Santa Cruz
Reitora
Profª. Adélia Maria Carvalho de Melo Pinheiro
Vice-reitor
Prof. Evandro Sena Freire
Pró-reitor de Graduação
Prof. Elias Lins Guimarães
Diretor do Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas
Prof. Roberto Carlos Felício
Ministério da
Educação
Física | Módulo 5 | Volume 4 - Laboratório de Física III
1ª edição | Janeiro de 2012 | 214 exemplares
Copyright by EAD-UAB/UESC
Todos os direitos reservados à EAD-UAB/UESC
Obra desenvolvida para os cursos de Educação a
Distância da Universidade Estadual de Santa Cruz UESC (Ilhéus-BA)
Campus Soane Nazaré de Andrade - Rodovia Jorge
Amado, Km 16 - CEP: 45662-000 - Ilhéus-Bahia.
www.nead.uesc.br | [email protected] | (73) 3680.5458
Projeto Gráfico e Diagramação
Jamile Azevedo de Mattos Chagouri Ocké
João Luiz Cardeal Craveiro
Capa
Sheylla Tomás Silva
Impressão e acabamento
JM Gráfica e Editora
Ficha Catalográfica
EAD . UAB|UESC
Coordenação UAB – UESC
Profª. Dra. Maridalva de Souza Penteado
Coordenação Adjunta UAB – UESC
Profª. Dra. Marta Magda Dornelles
Coordenação do Curso de Licenciatura em Física (EAD)
Prof. Dr. Fernando R. Tamariz Luna
Elaboração de Conteúdo
Prof. Me. Marcelo O’Donnell Krause
Instrucional Design
Profª. Ma. Marileide dos Santos de Oliveira
Profª. Ma. Cibele Cristina Barbosa Costa
Profª. Dra. Cláudia Celeste Lima Costa Menezes
Revisão
Prof. Me. Roberto Santos de Carvalho
Coordenação Fluxo Editorial
Me. Saul Edgardo Mendez Sanchez Filho
REFERÊNCIAS BÁSICAS
NUSSENZVEIG, H. MOYSÉS. Curso de Física Básica 3 –
Eletromagnetismo. 4. ed. Editora EDGARD BLUCHER.
2002.
TIPLER, P. A. Física: Óptica e Eletromagnetismo. 4. ed. Rio
de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos. Editora S.A., 1990.
Vol.2.
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KENNETH, S. K. Física 3.
4. ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, v. 2, 1983.
APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA
A disciplina de Laboratório de Física III tem a finalidade e
a capacidade de validar as teorias vistas em Física III. Portanto a
atividade experimental e a teoria devem ser consideradas igualmente
imprescindíveis em qualquer tipo de investigação científica, principalmente
no moderno mundo em que estamos inseridos. Espero que a disciplina seja
capaz de estimular o exercício da dúvida e da crítica, a curiosidade
científica e o prazer da experimentação, fazendo possibilitar, ainda, o
exercício da identificação dos limites teóricos no modelamento físico dos
fenômenos da própria natureza.
O que mais se espera é que esta disciplina possa ser capaz de
desenvolver o espírito científico através da prática e contribuir para a sua
formação acadêmica e profissional como futuro licenciado em Física.
Um ótimo trabalho a todos.
Marcelo O’Donnell Krause
SUMÁRIO
AULA 1
COMO APRESENTAR UM RELATÓRIO................................................15
AULA 2
INTRODUÇÃO AO ESTUDO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS.....................21
Simbologias Utilizadas em Circuitos Elétricos...........................23
AULA 3
ELETROSTÁTICA ............................................................................. 31
Experimento 01
Processos de Eletrização.......................................................... 27
1 INTRODUÇÃO...................................................................27
ATIVIDADE.........................................................................28
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................29
Experimento 02
O uso do Gerador de Van der Graff...........................................31
1 INTRODUÇÃO...................................................................31
ATIVIDADE.........................................................................32
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................32
AULA 4
ELETRODINÂMICA I......................................................................... 31
Experimento 03
Medindo Tensões com o Multímetro.........................................37
1 INTRODUÇÃO...................................................................37
1.1 Aparelhos de Medida..............................................38
ATIVIDADE.........................................................................39
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................39
Experimento 04
Medindo Tensões em Circuitos Elétricos...................................41
1 INTRODUÇÃO...................................................................41
ATIVIDADE.........................................................................42
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................42
Experimento 05
Medindo Correntes com o Multímetro.......................................45
1 INTRODUÇÃO...................................................................45
ATIVIDADE.........................................................................46
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................47
AULA 5
ELETRODINÂMICA II....................................................................... 49
Experimento 06
Medindo Correntes no Circuito em Série...................................51
1 INTRODUÇÃO...................................................................51
ATIVIDADE.........................................................................52
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................52
Experimento 07
Medindo Correntes no Circuito em Paralelo..............................55
1 INTRODUÇÃO...................................................................55
ATIVIDADE.........................................................................56
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................56
Experimento 08
Leis de Ohm: Tensão x Corrente...............................................59
1 INTRODUÇÃO...................................................................59
ATIVIDADE.........................................................................60
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................60
Experimento 09
Carga e Descarga de um Capacitor (RC)...................................63
1 INTRODUÇÃO...................................................................63
ATIVIDADE.........................................................................64
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................64
AULA 6
ELETRODINÂMICA III E ELETROMAGNETISMO................................67
Experimento 10
Detecção de Corrente com a Bússola........................................69
1 INTRODUÇÃO ..................................................................69
ATIVIDADE.........................................................................70
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................70
Experimento 11
Geração de Energia Elétrica através da Energia Mecânica....73
OBJETIVO GERAL................................................................73
REFERÊNCIAS.....................................................................74
O AUTOR
Prof. Me. Marcelo O’Donnell Krause
Licenciado em Física pela UESC - BA, Especialista em
Física pela UFU – MG, Mestre em Física pela UESC BA. Professor Substituto do Departamento de Ciências
Exatas e Tecnológicas – DCET/UESC desde 2008.2,
Professor Adjunto da Faculdade de Tecnologia e
Ciências e Professor Titular da União Metropolitana
de Educação e Cultura.
Email: [email protected]
DISCIPLINA
LABORATÓRIO DE FÍSICA III
Prof. Me. Marcelo O’Donnell Krause
EMENTA
O Laboratório de Física III será trabalhado de forma a apresentar ao
discente aplicações dos tópicos que compreendem os temas de Experimentos
visando a solução de problemas experimentais relacionados com o conteúdo
teórico de Física III: (1) Carga e Descarga de um Capacitor; (2) Fenômenos
Transitórios em Circuito RLC; (3) Corrente Alternada; (4) Ressonância em
Circuitos RLC, visando sempre a formação de professores na sociedade
tecnológica, bem como o uso de material didático de baixo custo.
Carga Horária: 30 horas
1
aula
COMO APRESENTAR
UM RELATÓRIO
Aula
1
Como apresentar um relatório
2
1 COMO APRESENTAR UM RELATÓRIO
As principais características para a elaboração de um bom
relatório referente a uma prática experimental são a objetividade
e a clareza. Ele deve ser escrito de maneira que outro estudante,
baseando-se por ele, possa repetir o experimento sem necessitar
que o autor do texto esteja presente para explicá-lo.
O relatório sempre deve respeitar certos aspectos
e normas indispensáveis para que o leitor possa entender
imediatamente os pontos essenciais do trabalho feito na sala de
aula; ele deve conter o maior número possível de informações
sobre o que foi feito, como foi feito e os resultados alcançados.
A elaboração dos relatórios deve seguir as normas da ABNT
ou da UESC.
Apresentaremos a seguir um modelo básico de
organização para o relatório. Um relatório deve conter as
seguintes partes:
1. Identificação: Deve consistir em uma capa com a indicação
clara do título do trabalho, os nomes dos componentes do
grupo, a turma de laboratório com a respectiva disciplina e a
data da realização da experiência.
2. Introdução: Deve-se expor nesta parte o contexto do
trabalho, a importância do tema, um pequeno histórico, a teoria
envolvida, as correlações com outros assuntos, as fórmulas
que serão apresentadas nos resultados e, se possível, imagens
fotográficas ou figuras do desenvolvimento do experimento.
Pesquise outros livros e outras fontes para a elaboração da sua
introdução.
3. Objetivos: Nesta parte deve-se apresentar, de forma bem
sucinta, os objetivos do trabalho. Podem ser objetivos gerais e
específicos.
4. Materiais e Métodos: Esta parte é dedicada à apresentação
UESC
Módulo 4 I
Volume 4
17
Laboratório de Física II
dos materiais e equipamentos utilizados (apresente todos
utilizados), uma descrição do arranjo experimental montado
e uma explicação minuciosa do procedimento experimental
adotado. É aconselhável mostrar um esboço do aparato
utilizado, para facilitar a compreensão do leitor. Fotografe, se
possível, os materiais utilizados.
5. Resultados e Discussão: Nesta parte é apresentada,
primeiramente, uma tabela com os dados obtidos. Em seguida,
vêm os cálculos, gráficos e discussões. É importante salientar
que é obrigatória a apresentação das equações utilizadas,
de forma que todos os valores apresentados possam ser
recalculados pelo leitor. Não serão considerados resultados
apresentados sem a devida explicação.
6. Conclusões: Esta parte é dedicada à apresentação sucinta
dos principais resultados e das conclusões obtidas no trabalho.
A conclusão deve estar de acordo com os objetivos do
experimento.
7. Bibliografia: Todo relatório deve conter uma bibliografia,
onde são listadas todas as referências consultadas. É importante
que a lista de referências tenha uma formatação uniforme e que
sejam apresentadas as informações essenciais.
ATENÇÃO
Vide manual de normas técnicas disponível
na página da uesc/ead
18
Física
EAD
2
aula
INTRODUÇÃO AO
ESTUDO DE
CIRCUITOS ELÉTRICOS
Introdução ao Estudo de Circuitos Elétricos
SIMBOLOGIAS UTILIZADAS EM CIRCUITOS
Aula
2
1 TENSÃO ELÉTRICA
2 RESISTÊNCIA ELÉTRICA
3 RESISTORES EM SÉRIE
4 RESISTORES EM PARALELO
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
21
Laboratório de Física III
5 ASSOCIAÇÃO DE GERADORES EM SÉRIE
6 ASSOCIAÇÃO DE GERADORES EM PARALELO
7 CAPACITOR PLANO
22
Física
EAD
Introdução ao Estudo de Circuitos Elétricos
Aula
2
8 CIRCUITO RC
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
23
3
aula
ELETROSTÁTICA
Eletrostática
Experimento 01
Processos de Eletrização
OBJETIVOS:
• Apresentar aos graduandos as diferentes formas de
3
se eletrizar um corpo inicialmente neutro.
Aula
• Identificar se um corpo está ou não eletrizado,
utilizando-se um eletroscópio de pêndulo.
1 INTRODUÇÃO
Vamos iniciar o nosso estudo da eletricidade pela
eletrostática, ou seja, fazendo uma análise das cargas
elétricas que se encontram em repouso. Vamos verificar
que muitos materiais, por exemplo, os metais, possuem
elétrons que podem se deslocar livremente, denominados
condutores, enquanto outros, como o plástico e a borracha,
onde os elétrons estão ligados aos átomos mais próximos
e não conseguem se deslocar com tanta facilidade, são
denominados isolantes.
Quando eletrizamos um corpo que está eletricamente
neutro, tornamos diferente o número de cargas positivas
do número de cargas negativas. Isso é possível quando
acrescentamos ou retiramos elétrons do corpo, tendo em
vista que as cargas positivas, os prótons, encontram-se no
núcleo dos átomos, sendo impossível movimentá-las. As
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
27
Laboratório de Física III
formas nas quais podemos eletrizar um corpo eletricamente
neutro são:
• Eletrização por atrito.
• Eletrização por contato.
• Eletrização por indução.
É importante salientar que nos processos de eletrização
não há um movimento de cargas que caracterize uma corrente
elétrica e sim uma distribuição das cargas que já existem no
corpo.
Não é necessário entrar em maiores detalhes sobre os
processos de eletrização, pois estes conteúdos já foram vistos
na disciplina de Física III.
ATIVIDADE
Materiais utilizados
Uma flanela seca ou algum tipo de pano de algodão.
Uma régua de acrílico ou um tubo fino de vidro.
Pedaços de papel de folha de caderno, picado, e uma pequena
bolinha de isopor.
Um carretel de linha.
Um pedaço pequeno de arame.
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Física
EAD
Eletrostática
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Num ambiente, de preferência climatizado, com pouca umidade,
lave bem as mãos e seque-as.
b) Pique pedaços de papel sobre uma mesa limpa e seca.
c) Suba num banco de plástico, vestindo um calçado com solado
isolante.
d) Atrite o pano seco com a régua de acrílico ou com o tubo de vidro
durante, aproximadamente, 1 minuto.
3
e) Pendure a bolinha de isopor, utilizando um pedaço de linha e o
Aula
arame. Aproxime a régua ou o vidro, após o atrito da mesma, sem
tocar, e verifique o que acontece.
f) Aproxime a régua ou o vidro dos pedaços de papel picado e
verifique o que acontece.
g) Se você tocar na bolinha de isopor, verifique o que acontece depois
do contato.
h) Elabore um relatório para o experimento.
O autor realizando um processo de eletrização com uma régua de acrílico.
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Módulo 5 I
Volume 4
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Laboratório de Física III
Suas anotações
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Física
EAD
Eletrostática
Experimento 02
O uso do Gerador de
Van Der Graff
Aula
3
OBJETIVOS:
• Identificar os processos de eletrização através do
GERADOR DE VAN DER GRAFF.
• Verificar a região de campo elétrico em torno do
gerador com uma bolinha de isopor (eletroscópio
de pêndulo).
• “Carregar” eletricamente um aluno isolado sobre
um banco de plástico e verificar as consequências
da eletrização.
1 INTRODUÇÃO
Um gerador de Van der Graff é um tipo de gerador
básico que se eletriza por atrito e é composto por uma correia
de material isolante, dois roletes, uma cúpula metálica de
descarga, um pequeno motor elétrico, duas escovas ou
pentes metálicos e uma coluna vertical de apoio. O motor
elétrico gira os roletes, que ficam eletrizados e atraem cargas
opostas para a superfície externa da correia através das
escovas. A correia transporta essas cargas entre a terra e a
cúpula. A cúpula faz com que a carga elétrica, que se localiza
no exterior dela, não gere campo elétrico sobre o rolete
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
31
Laboratório de Física III
superior. Assim, cargas continuam a ser extraídas da correia
como se estivessem indo para terra, e tensões muito altas são
facilmente alcançadas. O terminal pode atingir um potencial
de milhares de Volts nos pequenos geradores utilizados para
demonstrações nos laboratórios de ensino. Caso você tenha
a oportunidade de utilizar um gerador de Van der Graff, não
perca tempo, mãos à obra para o experimento a seguir.
ATIVIDADE
Materiais Utilizados
Um gerador de Van der Graff.
Uma bolinha de isopor de 10cm de diâmetro.
Um banquinho de plástico para fazer o isolamento.
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Tente realizar todo o procedimento num ambiente
climatizado, com pouca umidade no ar, com as mãos limpas e
secas.
b) Inicialmente, com o gerador desligado, aproxime a bolinha
de isopor do mesmo e veja o que acontece.
c) Em seguida, coloque seu antebraço muito próximo, sem
tocar no gerador, ainda desligado, e veja o que acontece.
d) Tire suas conclusões.
e) Ligue o GERADOR DE VAN DER GRAFF, deixe ligado
por alguns minutos.
f) Aproxime a bolinha de isopor, sem tocar no gerador ligado,
e veja agora o que acontece. Faça isso a diferentes distâncias do
gerador ligado.
g) Aproxime o seu antebraço sem tocar no gerador ligado e
veja o que acontece.
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Física
EAD
Eletrostática
Aula
3
h) Desligue o gerador e aguarde alguns minutos para que
descarregue.
i) Coloque um aluno de cabelos finos, lisos, limpos e secos
sobre um banco de plástico e em contato com o gerador
desligado. Ligue o gerador e veja o que acontece no decorrer
do tempo.
j) Peça para que os outros alunos de dedos dados (em contato
somente pela ponta do dedo) fiquem em fila, lado a lado, e que
o primeiro deles toque no aluno em contato com o gerador.
k) Elabore um relatório para o experimento.
O autor sendo eletrizado num gerador de Van der Graff (UFU - MG)
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Laboratório de Física III
Suas anotações
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Física
EAD
4
aula
ELETRODINÂMICA I
Eletrodinâmica I
Experimento 03
Medindo tensões
com o multímetro
OBJETIVO:
Aula
4
• Medir a tensão num circuito simples com o uso
de um multímetro e de diferentes tipos de pares
de fios.
1 INTRODUÇÃO
Considere um condutor metálico formado por uma
rede de átomos que contém elétrons livres. Quando não há
um campo elétrico orientado, esses elétrons se deslocam
em direções aleatórias. Esses elétrons podem colidir com
outros elétrons ou com os íons da rede. Esse movimento
é semelhante ao movimento das moléculas de um gás. Ao
submeter o condutor a uma diferença de potencial (ΔV),
aparecerá, dentro desse, um campo elétrico E. A partir
de então esses elétrons de condução passam a se mover
ordenadamente, e pode-se dizer que existe uma corrente
elétrica. No SI, a unidade de corrente elétrica é denominada
ampère (A).
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
37
Laboratório de Física III
Apesar de no interior do condutor os elétrons estarem
em movimento, define-se o sentido da corrente elétrica como
o sentido do movimento dos portadores de carga positiva.
A diferença de potencial na qual está submetida o condutor
terá diferentes valores para cada tipo de condutor ligado aos
terminais do gerador, isto por que cada condutor tem sua
respectiva resistência elétrica. Devemos lembrar que, mesmo
sendo um condutor elétrico, os fios metálicos oferecem uma
certa resistência à passagem de elétrons, é uma resistência
que pode se tornar significativa dependendo do fio condutor
ligado ao circuito elétrico. Neste momento vamos nos deter,
apenas, em determinar as tensões no circuito através de um
multímetro. É importante o aluno definir no multímetro
qual será a escala a ser utilizada. Lembre-se de que as leituras
serão de valores pequenos para a tensão elétrica. NÃO FAÇA
ATIVIDADES DE CIRCUITOS ELÉTRICOS SEM O
CONHECIMENTO PRÉVIO DAS INTENSIDADES
QUE SERÃO UTILIZADAS. PODE SER PERIGOSO
PARA VOCÊ E PARA SEUS COLEGAS.
1.1 Aparelhos de Medida
Amperímetro
É um dispositivo com resistência interna baixa, de
preferência tendendo a zero, e é ligado em série com os
elementos do circuito para determinar a corrente elétrica que
está circulando pelo mesmo.
Voltímetro
É um dispositivo que possui resistência interna muito
alta, de preferência tendendo ao infinito, e é ligado em paralelo
com o elemento do circuito para determinar a queda de tensão
38
Física
EAD
Eletrodinâmica I
(voltagem) que está ocorrendo no mesmo.
ATIVIDADE
Materiais utilizados
Uma pilha ou bateria.
Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos
para ligações simples; chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.
Uma fita isolante.
Um multímetro para verificar as tensões.
Aula
4
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Monte uma tabela para analisar os dados, tais como: Pilha ou
Bateria, fio 01, fio 02, fio 03; V0, V01, V02, V03.
b) Faça uma leitura da tensão elétrica com o multímetro nos
terminais da pilha ou da bateria. Anote o valor obtido. Ajuste o
seletor de escala do multímetro para medir a tensão do circuito
em 20 (DCV).
c) Faça uma ligação com um par de fios nos terminais da pilha
ou da bateria e ligue-os no multímetro.
d) Faça uma leitura da tensão elétrica nos terminais dos fios
com o multímetro. Verifique o valor lido no multímetro neste
caso. O que aconteceu? O valor ficou menor, igual ou maior?
Faça isso para todos os diferentes tipos de fios. Tente justificar
suas respostas. (Lembre-se do princípio da conservação da
energia).
e) Fotografe (pode ser com o celular) os valores obtidos no
multímetro em todos os casos e faça um desenho esquemático
do seu circuito para cada par de fio.
f) Elabore um relatório detalhado para o experimento.
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
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Laboratório de Física III
Suas anotações
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Física
EAD
Eletrodinâmica I
Experimento 04
Medindo tensões
em circuitos elétricos
OBJETIVO:
Aula
4
• Medir a tensão num circuito elétrico simples com o
uso de uma lâmpada de lanterna e um multímetro.
1 INTRODUÇÃO
Tendo o conhecimento de que há uma diferença de
potencial nos terminais de uma pilha e uma diferença de
potencial diferente nos terminais dos fios ligados à pilha ou
bateria, vamos agora medir a tensão no circuito na qual existe
uma lâmpada ligada aos terminais dos fios e determinar
qual é a tensão real que chega aos terminais de uma
lâmpada. NÃO FAÇA ATIVIDADES DE CIRCUITOS
ELÉTRICOS SEM O CONHECIMENTO PRÉVIO
DAS INTENSIDADES QUE SERÃO UTILIZADAS.
PODE SER PERIGOSO PARA VOCÊ E PARA SEUS
COLEGAS.
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
41
Laboratório de Física III
ATIVIDADE
Materiais utilizados
Uma pilha ou bateria.
Fita isolante.
Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e
comprimentos para ligações simples: chame-os de fios 01,
fios 02, fios 03 etc.
Um multímetro para verificar as tensões.
Lâmpadas de lanterna de diferentes potências.
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Monte uma tabela semelhante ao experimento anterior.
Anexe somente as lâmpadas na tabela: lâmpada 01, lâmpada
02, lâmpada 03.
b) Refaça as leituras conforme o experimento anterior, a sua
pilha ou bateria pode estar com um valor menor, devido ao
uso, da tensão. NÃO USE OS MESMOS DADOS DO
EXPERIMENTO ANTERIOR.
c) Agora ligue uma lâmpada ao circuito e verifique a
tensão no multímetro nos terminais da lâmpada. Repita
este procedimento para todas as lâmpadas e anote os seus
resultados na tabela. Não se esqueça de ajustar o multímetro
para a escala de 20 (DCV).
d) Fotografe (pode ser com o celular) os resultados obtidos
e faça um desenho esquemático para cada caso.
e) Elabore um relatório detalhado para o experimento.
42
Física
EAD
Aula
4
Eletrodinâmica I
Multímetro Digital – Fios – Lâmpadas e Pilhas Comuns
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
43
Laboratório de Física III
Suas anotações
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Física
EAD
Eletrodinâmica I
Experimento 05
Medindo correntes
com o multímetro
OBJETIVOS:
Aula
4
• Medir a corrente elétrica que circula num circuito
simples, fazendo uso de um multímetro e verificar
o comportamento da corrente elétrica em relação
às diferentes resistências oferecidas pelas lâmpadas
associadas ao circuito.
1 INTRODUÇÃO
Conforme vimos anteriormente, a corrente elétrica
corresponde a um fluxo ordenado de elétrons através de um
condutor metálico. O fluxo de cargas através da secção de
uma área transversal durante um intervalo de tempo define
a corrente elétrica. Assim { i = dq / dt }. Ou seja, mede a
rapidez com que a carga flui através do condutor retilíneo.
O sentido da corrente é tomado, por convenção, como
sendo o sentido do fluxo de carga positiva. Num condutor
metálico, quando não há campo elétrico, os elétrons livres
movimentam-se ao acaso, com grandes velocidades, porém
a velocidade média é nula. Porém, quando há um campo
elétrico externo atuando sobre o condutor, os elétrons
sofrem uma aceleração devido a uma força e adquirem
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
45
Laboratório de Física III
uma velocidade oposta a do campo elétrico. Essa velocidade é
denominada velocidade de migração e está relacionada com a
corrente elétrica.
Quando fechamos um circuito elétrico ou mesmo um
interruptor de um circuito residencial associado a uma lâmpada,
o filamento resistivo no interior do bulbo passa a ficar sujeito
a uma diferença de potencial que promove o movimento
das cargas elétricas. É sempre muito comum que façamos
a associação das cargas elétricas em movimento (a corrente
elétrica) num condutor metálico, mas podemos analisá-lo,
também, em aceleradores de partículas e monitores de vídeos.
Quando a corrente num circuito não varia é denominada
corrente contínua (cc). Estas correntes são geradas por baterias
e pilhas, ligadas aos resistores (ou lâmpadas) e capacitores. Será
o tipo de corrente que adotaremos em nossos experimentos.
Quando o sentido da corrente varia periodicamente, ela é
denominada corrente alternada (ca). Como um exercício faça
a demonstração da velocidade de migração para o elétron em
movimento.
NÃO
FAÇA
ATIVIDADES
DE
CIRCUITOS
ELÉTRICOS SEM O CONHECIMENTO PRÉVIO
DAS INTENSIDADES QUE SERÃO UTILIZADAS.
PODE SER PERIGOSO PARA VOCÊ E PARA SEUS
COLEGAS. ATIVIDADE
Materiais utilizados
Uma pilha ou bateria.
Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos
para ligações simples; chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.
Um multímetro para verificar as tensões.
Lâmpadas de lanterna de diferentes potências.
Um amperímetro para medir as correntes.
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Física
EAD
Eletrodinâmica I
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Aula
4
a) Monte uma tabela semelhante ao experimento anterior.
Anexe somente as correntes na tabela: corrente i01, corrente i02,
corrente i03.
b) Refaça as leituras conforme o experimento anterior, a sua
pilha ou bateria pode estar com um valor menor, devido ao
uso, da tensão. NÃO USE OS MESMOS DADOS DO
EXPERIMENTO ANTERIOR.
c) Agora ligue uma lâmpada ao circuito e verifique a corrente no
amperímetro nos terminais dos fios. Repita este procedimento
para todas as lâmpadas, primeiro com uma, depois com a
segunda e, finalmente, com a terceira. Ajuste o seletor de escala
do amperímetro para a medida de uma intensidade de 10A.
Lembre-se de colocar o amperímetro em série no circuito.
d) Retirando o amperímetro do circuito, estando a lâmpada
ligada, o que acontecerá com a lâmpada? Explique.
e) Faça os cálculos necessários e verifique se a potência de
cada lâmpada corresponde com a potência nominal. Utilize a
equação Pot = V . i.
f) Anote os seus resultados na tabela.
g) Fotografe (pode ser com o celular) os resultados obtidos e
faça um desenho esquemático para cada caso.
h) Elabore um relatório para o experimento.
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Laboratório de Física III
Suas anotações
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ELETRODINÂMICA II
Laboratório de Física III
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Eletrodinâmica II
Experimento 06
Medindo correntes e
tensões no circuito em série
OBJETIVO:
5
• Medir a corrente elétrica e a tensão para lâmpadas
em um circuito associadas em série.
Aula
1 INTRODUÇÃO
Quando duas ou mais lâmpadas estão associadas de
modo que são atravessadas pela mesma corrente e que a
queda de potencial em cada uma delas é dada pelo produto
V1 = R1 x i e V2 = R2 x i, dizemos que estão associadas
em série. Neste caso, uma lâmpada com resistência igual
à soma das resistências de cada uma das lâmpadas poderá
substituí-las, sendo chamada de lâmpada com uma
resistência equivalente. Então Req = R1 + R2. NÃO FAÇA
ATIVIDADES DE CIRCUITOS ELÉTRICOS SEM O
CONHECIMENTO PRÉVIO DAS INTENSIDADES
QUE SERÃO UTILIZADAS. PODE SER PERIGOSO
PARA VOCÊ E PARA SEUS COLEGAS. UESC
Módulo 5 I
Volume 4
51
Laboratório de Física III
ATIVIDADE
Materiais Utilizados
Uma pilha ou bateria.
Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos
para ligações simples; chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.
Um multímetro para verificar as tensões.
Lâmpadas de lanterna de diferentes potências.
Um amperímetro para medir as correntes.
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Monte uma tabela semelhante ao experimento anterior.
b) Refaça as leituras conforme o experimento anterior, a sua
pilha ou bateria pode estar com um valor menor, devido ao
uso, da tensão. NÃO USE OS MESMOS DADOS DO
EXPERIMENTO ANTERIOR.
c) Agora ligue uma lâmpada ao circuito e verifique a
corrente no amperímetro, nos terminais dos fios. Repita este
procedimento, colocando todas as lâmpadas, primeiro com
uma, depois com duas e, finalmente, com três. Ajuste o seletor
de escala do amperímetro para a medida de uma intensidade de
10mA (DCA). Lembre-se de colocar o amperímetro em série
no circuito.
d) Retirando o amperímetro do circuito, estando a lâmpada
ligada, o que acontecerá com a lâmpada? Explique.
e) Caso você retire uma das lâmpadas do circuito o que
acontecerá? Explique.
f) Fazendo a leitura com o voltímetro em cada lâmpada, a leitura
será igual ou diferente? E fazendo a leitura com o amperímetro,
a leitura será igual ou diferente? Coloque o amperímetro em
diferentes posições, sempre em série no circuito. As leituras
serão iguais ou diferentes?
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Físca
EAD
Eletrodinâmica II
Aula
5
g) Faça os cálculos necessários e verifique se a potência de
cada lâmpada corresponde com a potência nominal. Utilize a
equação Pot = V . i.
h) Anote os seus resultados na tabela.
i) Fotografe (pode ser com o celular) os resultados obtidos e
faça um desenho esquemático para cada caso.
j) Elabore um relatório para o experimento.
Multímetro Digital – Fios – Lâmpadas e Pilhas Comuns
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Laboratório de Física III
Suas anotações
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Eletrodinâmica II
Experimento 07
Medindo correntes e
tensões no circuito em paralelo
OBJETIVO:
• Medir a corrente elétrica e a tensão em lâmpadas
em um circuito associadas em paralelo.
Aula
5
1 INTRODUÇÃO
Quando duas ou mais lâmpadas estão ligadas de
forma que a queda de potencial nas duas é a mesma, dizemos
que a ligação foi feita em paralelo. Esta queda de potencial
será dada por: V = R1 x i1 e V = R2 x i2. Neste caso, uma
lâmpada com resistência igual à razão do produto pela soma
das resistências de cada uma das lâmpadas poderá substituílas, sendo chamada de lâmpada com uma resistência
equivalente. Então Req = (R1 x R2) / (R1 + R2). No caso
de existirem mais de 2 lâmpadas a resistência equivalente,
será dada por: 1 / Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/
Rn, onde n representará a n- ésima lâmpada associada ao
circuito. No caso de lâmpadas iguais, temos: Req = R / n,
onde n representa o número de lâmpadas iguais e R o valor
da resistência oferecida por cada lâmpada.
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
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Laboratório de Física III
ATIVIDADE
Materiais utilizados
Uma pilha ou bateria.
Fita isolante.
Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos
para ligações simples: chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.
Um multímetro para verificar as tensões.
Lâmpadas de lanterna de diferentes potências.
Um amperímetro para medir correntes.
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Monte uma tabela semelhante ao experimento anterior.
b) Refaça as leituras conforme o experimento anterior, a sua
pilha ou bateria pode estar com um valor menor, devido ao
uso, da tensão. NÃO USE OS MESMOS DADOS DO
EXPERIMENTO ANTERIOR.
c) Agora ligue uma lâmpada ao circuito e verifique a corrente no
amperímetro, nos terminais dos fios. Repita este procedimento
colocando todas as lâmpadas, primeiro com uma, depois
com duas e, finalmente com três. Ajuste o seletor de escala
do amperímetro para a medida de uma intensidade de 10mA
(DCA). Lembre-se de colocar o amperímetro em série no
circuito.
d) Retirando o amperímetro do circuito, estando a lâmpada
ligada, o que acontecerá com a lâmpada? Explique.
e) Caso você retire uma das lâmpadas do circuito, o que
acontecerá? Explique.
f) Fazendo a leitura com o voltímetro em cada lâmpada, a leitura
será igual ou diferente? E fazendo a leitura com o amperímetro,
a leitura será igual ou diferente? Coloque o amperímetro em
diferentes posições, sempre em série no circuito. As leituras
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Físca
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Eletrodinâmica II
Aula
5
serão iguais ou diferentes?
g) Faça os cálculos necessários e verifique se a potência de
cada lâmpada corresponde com a potência nominal. Utilize a
equação Pot = V . i.
h) Anote os seus resultados na tabela.
i) Fotografe (pode ser com o celular) os resultados obtidos e
faça um desenho esquemático para cada caso.
j) Elabore um relatório para o experimento.
Multímetro Digital – Fios – Lâmpadas e Pilhas Comuns
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Laboratório de Física III
Suas anotações
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Eletrodinâmica II
Experimento 08
Leis de Ohm: tensão x corrente
OBJETIVO:
5
• Relacionar as grandezas físicas envolvidas na
primeira Lei de Ohm:
Resistência elétrica, corrente elétrica e tensão
elétrica.
Aula
1 INTRODUÇÃO
Quando aplicamos uma diferença de potencial entre
os extremos de dois condutores geometricamente iguais,
mas constituídos de materiais diferentes, observamos que as
correntes resultantes são muito diferentes. A característica
em destaque, na situação descrita, é a sua resistência
oferecida à passagem da corrente elétrica. Nós podemos
determinar a resistência elétrica de um resistor entre os seus
terminais, aplicando uma diferença de potencial entre esses
pontos e medindo a corrente resultante. A resistência R é,
então, dada por definição: R= V/ I.
Para uma dada diferença de potencial, quanto maior for a
resistência ao fluxo de carga, menor será a corrente.
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
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Laboratório de Física III
ATIVIDADE
Materiais utilizados
Uma pilha ou bateria.
Fita isolante.
Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos
para ligações simples: chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.
Um multímetro para verificar as tensões.
Um resistor de resistência elétrica conhecida.
Um potenciômetro.
Um amperímetro para medir correntes.
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Monte o circuito de forma que o multímetro fique em
paralelo e o amperímetro em série com o resistor. Ligue o
resistor ao potenciômetro e este a uma pilha ou bateria.
b) Explique como devem ser os valores das resistências internas
do amperímetro e do multímetro (voltímetro).
c) Após o circuito estar ligado, gire a chave do potenciômetro
e observe a variação dos valores de tensão e corrente nos
dispositivos de leitura.
d) Defina valores específicos para a tensão, variando-a
uniformemente, tipo: 0,5V, 1,0V, 1,5V e anote os valores
encontrados no amperímetro.
e) Construa um gráfico tensão X corrente e, em seguida,
calcule os valores encontrados para a resistência oferecida pelo
resistor.
f) Compare os valores obtidos com a tangente do ângulo
referente à inclinação da reta no gráfico.
g) Por intuição, em relação ao gráfico anterior, faça o enunciado
da primeira Lei de Ohm.
h) Elabore um relatório para o experimento.
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Eletrodinâmica II
Suas anotações
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Laboratório de Física III
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Físca
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Eletrodinâmica II
Experimento 09
Carga e descarga de um capacitor (rc)
OBJETIVO:
Aula
5
• Verificar a diferença de potencial no decorrer
do tempo, quando um capacitor é carregado e
posteriormente descarregado.
1 INTRODUÇÃO
Um circuito com um capacitor e um resistor é
denominado circuito RC. Neste caso, a corrente circula
num só sentido, mas o seu valor varia com o tempo. É
o caso, por exemplo, de uma lâmpada de flash de uma
máquina fotográfica: uma bateria carrega um capacitor
através de um resistor em série; após carregado, o capacitor
se descarrega através da lâmpada que ilumina a cena. Em
seguida, o capacitor é recarregado e o procedimento volta a
se repetir.
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
63
Laboratório de Física III
ATIVIDADE
Materiais utilizados
Uma associação de pilhas ou uma bateria de 6V.
Uma fita isolante.
Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos
para ligações simples: chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.
Um multímetro para verificar as tensões.
02 Lâmpadas de lanterna.
Um amperímetro para medir correntes.
Um capacitor eletrolítico de 220μF.
Um cronômetro manual.
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Monte o circuito de forma que o multímetro fique em
paralelo e o amperímetro em série com o capacitor, e este em
série com as lâmpadas, também em série.
b) Ajuste o seletor de escala do multímetro para 20,0 DCV.
c) Colocar as pontas de prova do voltímetro nos extremos
do capacitor e anotar numa tabela os valores da tensão a
cada instante de tempo. O capacitor deve estar inicialmente
descarregado.
d) Ajustar o amperímetro para 2000μ DCA.
e) Começar a carregar o capacitor e observar a intensidade de
corrente no amperímetro e a tensão elétrica no voltímetro até
chegar a 6,0 V.
f) Explique o comportamento da tensão e da corrente elétrica.
g) Descarregue o capacitor no voltímetro e anote o tempo
necessário para atingir a metade da máxima tensão atingida no
carregamento.
h) Explique o que aconteceu, comparando os dois casos:
carregando e descarregando.
i) Elabore um relatório para o experimento.
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Eletrodinâmica II
Suas anotações
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aula
ELETRODINÂMICA III
E ELETROMAGNETISMO
Eletrodinâmica III e Eletromagnetismo
Experimento 10
Detecção de corrente com a bússola
OBJETIVO:
• Detectar a passagem da corrente elétrica
através de um condutor retilíneo, utilizandose uma bússola, percebendo que há outras
formas de se obter um campo magnético, além
da Terra e do ímã.
1 INTRODUÇÃO
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
Aula
6
Quando observamos uma corrente elétrica
atravessando um fio condutor, percebemos a criação de um
campo magnético em torno dele. Isto foi verificado pela
primeira vez por Hans Christian Oersted (1777 - 1851) em
1820, quando foi observado que a agulha de uma bússola
defletia de sua posição de equilíbrio, quando havia próximo
a ela um fio condutor pelo qual passava uma corrente
elétrica. Então, se fizermos fluir num fio condutor uma
corrente elétrica, criaremos em torno deste um campo
magnético. Para ter certeza que o campo magnético foi
criado, basta aproximar uma bússola, que terá o papel de um
aparelho de teste, que vem confirmar a existência ou não do
campo magnético criado pela corrente elétrica que circula
pelo condutor. Como já sabemos, a agulha da bússola é um
69
Laboratório de Física III
pequeno ímã, que é atraído ou repelido quando aproximado
de outro ímã ou de um campo magnético. Portanto, se o
campo magnético foi criado no fio com a passagem da corrente
elétrica, basta aproximá-lo da bússola, sua agulha defletirá da
sua posição, sendo esta atraída ou repelida por este fio. ATIVIDADE
Materiais utilizados
Uma bússola.
Um par de cabos de ligação.
Um circuito fonte para duas pilhas grandes associadas em série.
Duas pilhas grandes.
Uma bobina com 22 espiras e diâmetro de 60mm.
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Montar o experimento conforme a figura a seguir.
b) Ligar o circuito com a bússola paralela ao fio condutor.
c) Qual o comportamento da bússola?
d) Comentar o que foi observado.
e) Inverter o sentido da corrente, e observar o comportamento
da bússola.
f) Elaborar um relatório para o experimento.
Imagem do experimento para detecção do campo magnético criado por um fio
condutor junto à bússola. (UFU - MG)
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Física
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Eletrodinâmica III e Eletromagnetismo
Suas anotações
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Módulo 5 I
Volume 4
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Eletrodinâmica III e Eletromagnetismo
Experimento 11
Geração de energia elétrica
através da energia mecânica
OBJETIVO GERAL:
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
Aula
6
Neste momento, o aluno deverá ser capaz de
elaborar um experimento para ser apresentado em
aula que envolva os princípios do eletromagnetismo,
com objetivos, introdução teórica, material
utilizado e procedimento experimental, bem
como, apresentá-lo em aula. Após a apresentação,
o aluno deverá entregar o modelo do experimento
com um relatório.
Seguem imagens de um experimento desenvolvido
na disciplina de Introdução à Física (UESC - BA),
onde o movimento mecânico de uma manivela
acoplada ao motor de um leitor de CD é capaz
de acender lâmpadas de LED. O experimento foi
realizado pelo aluno Rômulo Santos Moreau, do
curso de Bacharelado em Física 2012.1.
73
Laboratório de Física III
REFERÊNCIAS
1. Tipler, Paul A. e Mosca, Gene, FÍSICA para Cientistas e
Engenheiros Volume 2 Eletricidade e Magnetismo, Óptica, Ed.
LTC, Rio de Janeiro, 2009
2. Zemansky, Sears e Freedman, Young E. Física III
Eletromagnetismo, Ed. Addisson Wesley 2009
3. Halliday, David, Resnick, Robert e Walker, Jearl,
Fundamentos de Física Volume 3 Eletromagnetismo, Ed. LTC,
Rio de Janeiro, 2007
4. Serway, Raymond A. e Jewett Jr, John W., Princípios de Física
Volume 3 Eletromagnetismo, Ed. Thomson São Paulo, 2006
5. Machado, Kleber Daum, Teoria do Eletromagnetismo
Volume I, Ed. UEPG, Ponta Grossa, 2004
74
Física
EAD
Eletrodinâmica III e Eletromagnetismo
6. Nussenzveig, H.Moysés, Curso de Física Básica 3
Eletromagnetismo, Ed. Edgard Blücher LTDA São Paulo, 1997
Aula
6
7. Alonso & Finn, Física um Curso Universitário Volume II
Campos e Ondas, Ed. Edgard Blücher LTDA São Paulo, 1972
UESC
Módulo 5 I
Volume 4
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Laboratório de Física III
Suas anotações
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