RESISTORES E A LEI DE OHM - udesc
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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I Roteiro-Relatório da Experiência No 01 “RESISTORES E A LEI DE OHM” COMPONENTES DA EQUIPE: ALUNOS NOTA 1 ___________________________________________ 2 ___________________________________________ 3 ___________________________________________ Data: ____/____/____ ___:___ hs OBJETIVOS: • • • • Ler o valor nominal de cada resistor através do código de cores. Conhecer os tipos de potenciômetros. Medir a variação da resistência do potenciômetro. Verificar a Lei de Ohm para resistores. 1. MATRIZ DE PONTOS (PROTOBOARD) A Matriz de Pontos (nome genérico) ou Protoboard (marca registrada), consiste de pontos ligados internamente possibilitando a montagem de componentes e CIs (circuitos integrados) sem que seja necessário usar solda. Existem de diversos tipos e tamanhos, mas basicamente todos têm o mesmo aspecto. A principal diferença são os números de pontos de conexão. Os barramentos verticais, em geral, são usados para alimentação (+Vcc, GND e -Vcc). Abaixo se pode verificar como é a configuração das trilhas do Protoboard e os bornes para conexão da alimentação, Observando também que o borne de cor preta está conectado ao terra, ou seja, possui ligação com a carcaça. RESISTORES A LEI DE OHM Página 1/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I Fig 1.1 Matriz de Pontos (Protoboard) 2. MULTÍMETRO Um multímetro é um instrumento que permite efetuar a medida de várias grandezas elétricas (tensão, resistência, corrente, capacitância, indutância, freqüência e outras) além de poder efetuar testes em diodos e transistores. Fig 1.2 Multímetro e Pontas de Prova RESISTORES A LEI DE OHM Página 2/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I Chave seletora de função: Seleciona qual a grandeza (corrente tensão ou resistência) que será medida. Para usar um multímetro: • Use a chave de seleção de função para escolher a escala e o tipo de grandeza (Tensão CC ou AC, Corrente CC, Resistência) a ser medida tensão, corrente, resistência. • Quando não estiver usando o multímetro deixe a chave na posição OFF (desligar). • Em hipótese nenhuma ligue o instrumento a uma tensão quando a escala de corrente estiver selecionada. Bornes de Entrada: São os terminais através dos quais conectamos o instrumento ao circuito ou componente. Existem 3 bornes no seu instrumento: • COM: Terminal comum ou negativo (no caso de medida que tenha polaridade). • V mA: Terminal para medir tensão, resistência, corrente . É o terminal positivo (no caso de medida de corrente e tensão). • X(A): Terminal para medir corrente CC até X(A). É o terminal positivo. 2.1. Ohmímetro Para se efetuar medida com o ohmímetro, deve-se desconectar o elemento que se quer medir do restante do circuito. Caso isto não seja feito, a resistência medida pode ser o resultado de uma associação de resistores e não do resistor que se deseja medir. Quando há interesse em fazer medida de resistência relacionada ao isolamento, existe um ohmímetro especial chamado de Megômetro. Este instrumento é utilizado de forma semelhante ao ohmímetro. A diferença básica é que o megômetro tem escala suficiente para alcançar valores muito alto de resistência. Figura 1 RESISTORES A LEI DE OHM Página 3/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I 2.2. Voltímetro O voltímetro é conectado em paralelo com o elemento para o qual se pretende medir a tensão (veja Figura 2), devendo o circuito deve estar ativo no ato da medida. A resistência interna do voltímetro (ri) é um dos parâmetros que o caracteriza. Quanto maior a resistência interna ri, mais próximo o voltímetro está do ideal. Logo, a corrente que será desviada do circuito para dentro do voltímetro será mínima. Para efeitos práticos, a resistência interna do voltímetro é considerada igual a infinito (ri ≈ ∞) caso ele seja corretamente utilizado. Figura 2 2.3. Amperímetro Além de analógico ou digital, um amperímetro pode ser também classificado como convencional ou de alicate. O amperímetro de alicate normalmente é fabricado para medir correntes mais altas. É geralmente utilizado em redes elétricas de alta tensão e em circuitos onde não é possível a interrupção da passagem de corrente elétrica. Para se efetuar uma medida de corrente com um amperímetro convencional é necessário interromper o circuito para se intercalar o amperímetro, fazendo com que toda a corrente passe através do mesmo (veja Figura 3). Obviamente o circuito deve estar ativo no ato da medição. A resistência interna de um amperímetro (ri) deve ser o mais próxima possível de zero. Para efeitos práticos, a resistência interna do amperímetro é considerada igual a zero (ri ≈ 0), caso ele seja corretamente utilizado. Portanto deve-se sempre fazer a ligação em série, pois se ligado em paralelo introduzirá um curto-circuito, podendo danificar componentes e o próprio amperímetro. Figura 3 RESISTORES A LEI DE OHM Página 4/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I 3. FONTES O laboratório é equipado com fontes de tensão com saídas reguláveis conforme ilustrado pela Figura 4: 12345- Botão liga/desliga Modo de operação Controles da fonte da direita Controles da fonte da esquerda Controle para fonte fixa 5V 1-Terminais de saída 2- Controle de tensão 3-Controle de corrente 4- C.V. – Corrente constante C.C – Tensão Constante (b) Figura 4 RESISTORES A LEI DE OHM Página 5/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I 4. RESISTORES 4.1. Resitores Fixos Os resistores fixos são geralmente especificados por três parâmetros: o valor nominal da resistência elétrica; a tolerância, ou seja, a máxima variação em porcentagem do valor nominal, e a máxima potência elétrica dissipada. Dentre os tipos de resistores fixos, destacamos os de fio, de filme de carbono e de filme metálico. Figura 5 Símbolo para resistores • Resistor de fio: Consiste basicamente de um tubo cerâmico que serve de suporte para o enrolamento de um determinado comprimento de fio de liga especial, para obter-se o valor de resistência desejado. Os terminais desse fio são conectados às braçadeiras presas ao tubo. Além desse, existem outros tipos construtivos esquematizados, conforme mostra a Figura 6. Figura 6 Resistores de Fio Os resistores de fio são encontrados com valores de resistência de alguns ohms até alguns kilo-Ohms, e são aplicados onde se exige altos valores de potência, acima de 5W, sendo suas especificações impressas no próprio corpo do resistor. • Resistor de filme carbono: Consiste de um cilindro de porcelana recoberto por um filme (película) de carbono. O valor da resistência é obtido mediante a formação de um sulco, transformando a película em uma fita helicoidal. Este valor pode variar conforme a espessura RESISTORES A LEI DE OHM Página 6/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I do filme ou a largura da fita. Como revestimento, encontramos uma resina protetora sobre a qual será impresso um código de cores identificando seu valor nominal e sua tolerância. Figura 7 Resistor de Filme de Carbono Os resistores de filme de carbono são destinados ao uso geral e suas dimensões físicas determinam a máxima potência que pode dissipar. • Resistor de filme metálico: Sua estrutura é idêntica ao do de filme de carbono, exceto que utiliza uma liga metálica (níquel-cromo) para formar a película, obtendo valores mais precisos de resistência, com tolerância de 1% e 2%. O código de cores, utilizado nos resistores de película, é ilustrado pela Figura 8, que está associada com a Tabela 1. 1o Algarismo 2o Algarismo Fator Multiplicativo Tolerância Figura 8 Código de Cores para Resistores Observações: 1- A ausência da faixa de tolerância indica que esta é de ± 20%. 2- Os resistores de precisão apresentam cinco faixas, onde as três primeiras representam o primeiro, segundo e terceiro algarismos significativos e as demais, respectivamente, o fator multiplicativo e a tolerância. Na Tabela 2 têm-se os valores os resistores encontrados comercialmente. Existe uma padronização baseada nos níveis de tolerância dos mesmos. Os padrões de tolerância são: 1%, 5%, 10% e 20%. RESISTORES A LEI DE OHM Página 7/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I Cor Fator 1o 2o Multiplicat Tolerância Algarismo Algarismo ivo Preto ⎯ 0 x1 ⎯ Marrom 1 1 x 10 ± 1% Vermel ho 2 2 x 102 ± 2% Laranja 3 3 x 103 ⎯ Amarel o 4 4 x 104 ⎯ Verde 5 5 x 105 ⎯ Azul 6 6 x 106 ⎯ Violeta 7 7 ⎯ ⎯ Cinza 8 8 ⎯ ⎯ Branco 9 9 ⎯ ⎯ Ouro ⎯ ⎯ x 10-1 ± 5% Prata x 10-2 ⎯ ⎯ ± 10% Tabela 1 Código de Cores para Resistores 1 – Série: 5%, 10% e 20% de Tolerância 10 12 15 18 47 56 68 72 22 27 33 39 (a) 2 – Série: 2% e 5% de Tolerância 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91 (b) RESISTORES A LEI DE OHM Página 8/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I 3 – Série: 1% de Tolerância 100 102 105 107 110 113 115 118 121 124 127 130 133 137 140 143 147 150 154 158 162 165 169 174 178 182 187 191 196 200 205 210 215 221 226 232 237 243 249 255 261 267 274 280 287 294 301 309 316 324 332 340 348 357 365 374 383 392 402 412 422 432 442 453 464 475 487 499 511 523 536 549 562 576 590 604 619 634 649 665 681 698 715 732 750 768 787 806 825 845 866 887 909 931 953 976 (c) Tabela 2 Valores padronizados para Resistores de Película 4.2. Potenciômetros Um potenciômetro, conforme a Figura 9, consiste basicamente de uma película de carbono ou de um fio, que ao ser percorrido por um cursor móvel, através de um sistema rotativo ou deslizante, altera o valor da resistência entre seus terminais. Comercialmente, os potenciômetros são especificados pelo valor nominal da resistência máxima impresso em seu corpo. Figura 9 Estrutura interna básica de um Potenciômetro Na prática, encontramos vários modelos de potenciômetros, que, em função do tipo de aplicação, possuem características mecânicas diversas. A Figura 10 mostra um potenciômetro de fio e a Figura 11, alguns tipos de potenciômetros de película de carbono. RESISTORES A LEI DE OHM Página 9/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I Figura 10 Potenciômetro de Fio Os potenciômetros de fio são aplicados em situações onde é maior a sua dissipação de potência, possuindo uma faixa de baixos valores de resistência (até Kilo-Ohm). Os potenciômetros de película são aplicados em situações de menor dissipação de potência, possuindo ampla faixa de valores de resistência (até Mega-Ohm). Quanto à variação de resistência, os potenciômetros de película de carbono podem ser lineares ou logarítmicos, isto é, conforme a rotação do seu eixo, sua resistência varia obedecendo a uma característica linear ou logarítmica. Estas características são vistas nas Figuras 12 e Figura 13. O potenciômetro logarítmico é muito utilizado para controlar o volume de saída do som em amplificadores de sinais de áudio. Figura 11 Potenciômetro de Película de Carbono RESISTORES A LEI DE OHM Página 10/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I Resistência R Nominal Máx Ângulo de rotação do eixo Figura 12 Característica de variação da resistência de um potenciômetro linear (LIN) Resistência R Nominal Máx Ângulo de rotação do eixo Figura 13 Característica de variação da resistência de um potenciômetro logarítmico (LOG) Para medirmos a variação da resistência de um potenciômetro utilizamos um ohmímetro, devendo este ser conectado entre o terminal central e um dos extremos, como ilustra a Figura 14. Figura 14 Medida da resistência de um potenciômetro Ao girarmos o eixo no sentido horário, como mostra a Figura 14, teremos uma diminuição da resistência entre os terminais B e C e um aumento entre os terminais A e C, sendo que a soma destes dois valores será sempre igual à resistência nominal. Figura 15 Símbolo de um potenciômetro RESISTORES A LEI DE OHM Página 11/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I 5. LEI DE OHM “Em um bipolo ôhmico, a tensão aplicada aos seus terminais é diretamente proporcional à intensidade de corrente que o atravessa”. Assim sendo, podemos escrever: onde : v(t) = tensão aplicada (V) v(t ) = R i (t ) R = Resistência Elétrica (Ω) i(t) = intensidade de corrente (A) Levantando-se, experimentalmente, a curva da tensão em função da corrente para um bipolo ôhmico, tem-se uma característica linear, conforme mostra Figura . Δv v(t) α Δi 0 i(t) Figura 16 – Curva característica de um bipolo ôhmico. Pela Figura nota-se que: tg α = Δv , onde concluímos que tgα = R (resistência Ω). Δi Um bipolo ôhmico é aquele que segue esta característica linear. 6. MATERIAL UTILIZADO Fonte de tensão variável (DC Power Suply). Transferidor. Resistores: 560Ω, 1kΩ, 12kΩ e 56kΩ. (1/4W ou 1/2W) Potenciômetro: 4,7KΩ/LIN. Multímetro (Voltímetro, Amperímetro e Ohmímetro). 7. PRÉ-RELATÓRIO Ler o item 8 (Parte Experimental) e resolver teoricamente os circuitos propostos com os valores nominais para os resistores, preenchendo as tabelas nas linhas que se referem aos valores calculados . 8. PARTE EXPERIMENTAL: RESISTORES A LEI DE OHM Página 12/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I 8.1 Resistores. 8.1.1 Identifique e meça os resistores (diversos) preenchendo a Tabela 3 abaixo. R1 R2 R3 R4 Resistência Nominal [kΩ] Resistência Medida [kΩ] Tolerância[%] Erro [%] Tabela 3 – Leitura das resistências. 8.2 Potenciômetros. 8.2.1 Medir a resistência entre o terminal central e um dos terminais externos do potenciômetro P1 (4,7 kΩ/LIN) de maneira a preencher a Tabela 4. Resistência (kΩ) Ângulo (°) Valor Calculado Valor Medido 0 Máx 1/4 Máx 1/2 Máx 3/4 Máx Tabela 4 – Leitura da resistência entre os terminais do potenciômetro. 8.3 Lei de Ohm 8.3.1 Para levantar a curva característica de um bipolo ôhmico (Resistência), precisa-se medir a intensidade de corrente que o percorre e a tensão aplicada aos seus terminais, para isso, montase o circuito da Figura 17, de tal maneira a preencher os dados requisitados na Tabela 5. mA E R V Figura 17 – Circuito para comprovação da lei de Ohm. RESISTORES A LEI DE OHM Página 13/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I Tensão Aplicada[V] 2,00 5,00 10,00 Medida Calculada Medida 1kΩ Calculada Medida 12kΩ Calculada Medida 56kΩ Calculada Tabela 5 - Tensão X Corrente Corrente [mA] 560Ω 8.3.2 Baseado nos valores práticos de tensão e corrente da Tabela 5, calcule o valor médio de cada resistência e preencha a Tabela 6. Resistência Nominal [Ω] Valor Determinado [Ω] 560 1k 12k 56k Tabela 6 – Cálculo das resistências a partir da Tabela 5. 9. QUESTIONÁRIO 9.1 Determine a seqüência de cores para os resistores abaixo: ______________________________________________________ a) 2,2kΩ ±5% b) 33kΩ ±10% ______________________________________________________ ______________________________________________________ c) 4,7Ω ±5% d) 118Ω ±1% ______________________________________________________ e) 0,56Ω ±2% ______________________________________________________ 9.2 Os experimentos se mostraram válidos? Explique por quê? RESISTORES A LEI DE OHM Página 14/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA – DEE LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 9.3 Comente os resultados, erros encontrados e possíveis fontes de erros. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ RESISTORES A LEI DE OHM Página 15/15 Laboratório de Circuitos Elétricos I
