Actividade experimental Desafios

32 | MÓDULO F4
CIRCUITOS ELÉCTRICOS | 33
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Actividade experimental
Traçado da curva característica de uma fonte de tensão
À curva que representa a diferença de potencial entre os terminais de uma fonte de tensão em função da corrente
que a percorre dá-se o nome de curva característica desse gerador.
Utilizando a expressão:
DV = e - Ri I
sabemos que a curva característica de um gerador é uma recta, com declive - Ri e ordenada na origem (isto é, o valor
de DV quando I = 0) igual à força electromotriz, e.
Numa bateria de automóvel, por outro lado, a força electromotriz é de 12 V,
enquanto o valor máximo de corrente é 200 A, que é um valor típico da corrente necessária para o motor de arranque do automóvel. Consequentemente,
a resistência interna da bateria de automóvel deve ser muito menor do que a
da pilha. Nunca devemos cometer a imprudência de ligar por um fio os dois
terminais de uma bateria de automóvel! Basta imaginarmos a energia necessária para fazer arrancar o motor de um automóvel a transformar-se em energia
térmica no fio que liga os terminais.
Desafios
Objectivo
Obter, através do traçado da curva característica de um gerador, a sua resistência interna e a força electromotriz.
ALERTA
1. No gráfico e na tabela estão representados os resultados
obtidos por um grupo de alunos, durante o estudo da
característica de um gerador, de força electromotriz e e
resistência interna Ri , que pode fornecer corrente com
intensidade até 20 A .
V/V
I/A
9,7
0,6
9,6
0,8
9,5
1,0
Procedimento
9,4
1,2
Estabelecer o circuito como mostra a figura 34.
9,3
1,4
Variar o valor de Rv a partir da posição em que a intensidade de corrente lida no amperímetro A, é próxima de zero, tomando nota dos
valores lidos no amperímetro, I, e no voltímetro, V, para cada posição
do potenciómetro.
9,2
1,6
9,1
1,8
9,0
2,0
8,9
2,2
Em papel milimétrico ou numa folha de cálculo, traçar a recta V (I) que
melhor se ajusta aos valores obtidos.
8,8
2,4
Material
Uma pilha, ou um conjunto de pilhas ligadas em série, um potenciómetro ou resistência variável (0 – 10 000 W), um amperímetro (0 - 4 A) e
um voltímetro (0 - 6 V).
Prolongando a recta obtida no gráfico até ao eixo vertical, obtemos o
valor da força electromotriz do gerador, e. O declive da recta dá-nos a
resistência interna do gerador, Ri.
Fig. 34 – Circuito para obtenção da curva característica de um gerador. Ri é a resistência interna do
gerador, de força electromotriz e, e Rv é a resistência variável.
1.1. Calcule, a partir dos dados experimentais, a resistência interna, Ri, deste gerador. Apresente todas as etapas de resolução. Se utilizar a calculadora gráfica,
indique qual o parâmetro da recta de ajuste que utilizou para a sua resposta.
1.2. Justifique, com base nos dados experimentais, a seguinte afirmação:
A diferença de potencial entre os terminais do gerador numa situação de
circuito aberto é de 10 V.
Adaptado de prova de exame
2. Uma bateria de força electromotriz 12 V e resistência interna 0,50 W está
ligada a uma resistência de 20 W. Obtenha a intensidade de corrente que percorre o circuito e a diferença de potencial lida no voltímetro.
Fig. 36 – Curva característica de um conjunto de quatro pilhas de 1,5 V, em
série (Fig. 35), obtida numa folha de cálculo. No canto superior direito do gráfico encontra-se a equação da recta. A partir do gráfico, obtemos e = 5,99 V e
Ri = 5,6 W.
Uma bateria é caracterizada, em geral, pela sua força electromotriz, e, e pelo
valor máximo de corrente que pode fornecer a um circuito.
Para um pilha vulgar de 1,5 V o valor máximo de corrente é de cerca de 0,1 A. Se
ligamos por um fio condutor os dois terminais da pilha, nada de catastrófico
acontece. A pilha descarrega rapidamente mas a corrente nunca é muito elevada.
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Fig. 35 – Montagem para obtenção da curva característica de
um gerador.
3. A resistência interna de uma bateria é 0,50 W e a sua força electromotriz é
1,52 V. Quando se liga a bateria a uma resistência externa, a diferença de
potencial entre os seus terminais baixa para 1,45 V.
3.1. Qual é a intensidade de corrente que percorre o circuito?
3.2. Qual é o valor da resistência externa?
CPF45-03
Quando não for explicitamente indicado, consideramos que a resistência
interna dos geradores é desprezável
em comparação com a resistência do
circuito. Assim, a força electromotriz do
gerador é igual à tensão aplicada ao circuito.