Lei de Ohm - TI Education

Experiência
Lei de Ohm
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A relação fundamental entre as grandezas eléctricas intensidade da corrente, diferença
de potencial e resistência, foi descoberta por Georg Simon Ohm. Tanto a relação, como a
unidade de resistência, receberam o seu nome, em homenagem à sua contribuição para
a Física. Uma afirmação da lei de Ohm é que a intensidade da corrente que atravessa
uma resistência é proporcional à diferença de potencial nos seus terminais. Nesta
experiência poderá testar a validade desta lei para diversos circuitos, usando sensores de
corrente e voltagem e a sua calculadora gráfica.
Estas grandezas podem ser de difícil compreensão, pois não são directamente
observáveis. Para clarificar estes termos, algumas pessoas recorrem a analogias entre os
circuitos eléctricos e canalizações de água. Contudo, nem a corrente eléctrica é um fluído,
nem os electrões se movimentam livremente no circuito: apesar da propagação de
energia se dar a velocidades próximas da velocidade da luz, os electrões avançam
lentamente no circuito, apenas alguns milímetros por segundo.
OBJECTIVOS
• Determinar a relação algébrica entre a intensidade da corrente, a diferença de
potencial e a resistência, num circuito simples.
• Comparar o comportamento de uma resistência (resistor) com o de uma lâmpada
eléctrica, face à lei de Ohm.
MATERIAL NECESSÁRIO
Calculadora gráfica TI-83 Plus ou superior
Interface CBL2
Cabos de ligação, crocodilos
Sensores de voltagem e corrente
Fonte de tensão (5 V DC)
Reóstato (max. 11 Ω)
Resistências eléctricas (∼ 10 Ω, 20 Ω)
Lâmpada de incandescência (6 V)
Figura 1
Física com a Calculadora
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Experiência 11
QUESTÕES PRÉVIAS
1. O que é um circuito eléctrico? A que condições deve obedecer para ser percorrido por
uma corrente eléctrica?
2. Como se monta um amperímetro num circuito? Porquê? E um voltímetro? Porquê?
3. Se, no circuito da Figura 1, variarmos a posição do cursor do reóstato, o que podemos
observar nos aparelhos de medida? Porquê?
SOFTWARE
A calculadora deve ter a aplicação DATAMATE instalada. Ligue a calculadora e pressione
a tecla APPS. Caso a aplicação não conste na lista (após efectuar a ligação da
calculadora ao CBL2), pressione em sequência as teclas 2nd e LINK; com as setas de
navegação, seleccione a opção RECEIVE e pressione a tecla ENTER: surgirá a
mensagem WAITING... No CBL2, pressione a tecla TRANSFER e aguarde a
transferência da aplicação para a calculadora. Esta operação só tem de ser realizada na
primeira utilização.
PROCEDIMENTO
1. Monte o circuito esquematizado na Figura 1. Atenção: deve respeitar a polaridade das
ligações indicada nos sensores! Não ligue, para já, a fonte de tensão e coloque o
cursor do reóstato na posição de resistência máxima.
2. Ligue o sensor de corrente ao canal 1 e o sensor de voltagem ao canal 2 da interface
CBL 2. Use o cabo fornecido para ligar a interface à calculadora gráfica; empurre
firmemente ambas as extremidades do cabo para efectuar a ligação.
3. Ligue a calculadora. Execute o programa DATAMATE. Procure-o em APPS,
seleccione-o com as setas de navegação e prima ENTER. Pressione a tecla CLEAR.
4. A interface deverá ter detectado automaticamente o sensor de corrente no canal 1 e o
sensor de voltagem no canal 2.
5. É conveniente calibrar o zero dos sinais recebidos nos dois canais. Para isso,
mantendo a fonte de tensão desligada:
a.
b.
c.
d.
No menu principal seleccione SETUP.
Seleccione ZERO no menu SETUP.
Seleccione ALL CHANNELS no menu SELECT CHANNEL.
Prima ENTER.
6. No ecrã principal poderá agora ver leituras da intensidade de corrente e da diferença
de potencial, com uma actualização a cada segundo. Regule a fonte de tensão DC
para 0 V e ligue o respectivo interruptor. Aumente gradualmente o valor da tensão
para cerca de 5 V, observando no ecrã da calculadora a evolução dos valores
indicados. Que tipo de relação pensa existir entre a diferença de potencial nos
terminais da resistência e a intensidade da corrente que a atravessa?
7. Registe o valor da resistência A utilizada, na Tabela (consulte uma tabela de cores).
8. Terá agora de escolher o modo de recolha de dados, de modo a que apenas sejam
guardados valores quando assim o desejar:
a. Seleccione SETUP no ecrã principal.
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Lei de Ohm
b. Use as setas de navegação para seleccionar MODE e prima ENTER.
c. Escolha SELECTED EVENTS no menu SELECT MODE.
d. Seleccione OK para voltar ao ecrã principal.
9. Para obter o primeiro conjunto de valores:
a. Seleccione START no ecrã principal.
b. Mantenha a fonte de tensão regulada para cerca de 5 V e posicione o cursor do
reóstato numa das posições extremas. Pressione ENTER.
10. Obtenha mais seis conjuntos de valores; para isso:
a. Desloque o cursor do reóstato, cerca de 1/6 do comprimento total.
b. Pressione ENTER.
c. Repita este processo até chegar ao fim do reóstato.
d. Após o último ponto, pressione
STO
para terminar a recolha de dados.
11. Desligue a fonte de alimentação.
12. Para visualizar um gráfico da diferença de potencial em função da intensidade da
corrente:
a. Use as setas de navegação para seleccionar CH2 VS. CH1.
b. Pressione ENTER.
13. Existe uma proporcionalidade entre a diferença de potencial e a intensidade da
corrente, para esta resistência? Em caso afirmativo, faca um ajuste linear aos dados:
a.
b.
c.
d.
e.
Pressione ENTER e seleccione 1: MAIN SCREEN para regressar ao ecrã principal.
Seleccione 4: ANALYZE no ecrã principal.
Seleccione 2: CURVE FIT em ANALYZE OPTIONS.
Seleccione 6: LINEAR (CH2 VS CH1) no ecrã CURVE FIT.
Registe os valores do declive e ordenada na origem, da recta de ajuste, na Tabela;
não esqueça as respectivas unidades.
f. Pressione ENTER para ver o gráfico, com a recta de ajuste sobreposta.
g. Para regressar ao ecrã principal, pressione novamente ENTER e seleccione 1:
RETURN TO MAIN SCREEN.
14. Repita os passos 9 – 13 usando uma resistência B de valor diferente.
15. Substitua a resistência por uma lâmpada de 6 V e repita o procedimento, de 9 -13.
16. Use as setas de navegação para percorrer o gráfico. O declive parece-lhe constante?
Use dois pontos do início do gráfico (menores valores de I ) para estimar o valor do
declive; faça o mesmo com dois pontos do final do gráfico (maiores valores de I ).
Registe os valores na Tabela; não esqueça as unidades.
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Experiência 11
TABELA
Declive da recta de
ajuste (V/A)
Resistência A
Ω
Resistência B
Ω
Ordenada na origem
(V)
Lâmpada (menores valores de I )
Lâmpada (maiores valores de I )
ANÁLISE
1. A intensidade da corrente que percorre cada uma das resistências A e B aumenta com
o valor da diferença de potencial aplicada. Se essa relação for uma proporcionalidade
directa, os dados deverão ajustar-se a uma linha recta passando na origem. Nestes
dois casos, a ordenada na origem tem valor próximo de zero? Podemos dizer que há
uma proporcionalidade entre a diferença de potencial e a intensidade da corrente? Em
caso afirmativo, escreva, para cada caso, a equação na forma: V = constante x I. (Use
um valor numérico para a constante.)
2. Compare a constante de cada uma das equações com o valor da resistência utilizada.
V
em que V é a diferença de potencial nos
I
terminais da resistência e I é a intensidade da corrente que o percorre. R exprime-se
em ohms (Ω), sendo 1 Ω = 1 V/A. A constante que determinou para cada equação
deveria ser igual à resistência. Contudo, os valores das resistências têm uma
tolerância, normalmente à volta de 5%. Verifique qual a tolerância dos valores das
resistências usadas e determine o intervalo de valores possíveis. A constante da
equação, em cada caso, situa-se nesse intervalo?
3. A resistência, R, define-se como R =
4. As duas resistências usadas obedecem à lei de Ohm? Fundamente a sua resposta
nos resultados experimentais.
5. O que aconteceu à intensidade da corrente que atravessava a lâmpada, quando a
diferença de potencial aumentou? A variação foi linear? Tomando o declive da recta
de ajuste como uma medida da resistência, diga o que aconteceu à resistência
quando a diferença de potencial aumentou. Como a lâmpada brilha mais quanto maior
a temperatura do seu filamento, como varia a resistência com a temperatura?
SUGESTÕES
1. Investigue o comportamento de outros dispositivos eléctricos, como díodos e LEDs.
2. Experimente usar uma fonte de tensão AC de baixa tensão e obtenha novamente um
gráfico de V em função de I. Compare os resultados com os obtidos no circuito
anterior, em que a fonte utilizada era DC.
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