EEL211_Lab4 -- Lei de Ohm, Leis de Kirchhoff

EEL211 - L ABORATÓRIO
DE C IRCUITOS E LÉTRICOS
O
L ABORATÓRIO N 4: L EI DE O HM E L EIS DE K IRCHHOFF
Objetivo: Confirmar experimentalmente a Lei de
Ohm e as Leis de Kirchhoff.
LISTA DE MATERIAL
Fonte de alimentação DC simétrica ajustável
±15V/1A
2 multímetros digitais
Proto Board
Resistores 5%, >1/3 W
1kΩ (1)
2kΩ (1)
3kΩ (1)
Lâmpada incandescente 40W/127V
Preencher a Tabela 3 e transferir os resultados
para o gráfico da Figura 4 (X=5V/DIV) e
(Y=1mA/DIV; 1kΩ/DIV; 50mW/DIV)
Tabela 3
teor
medido
E
I
I
R=E/I
P=E.I
V
mA
mA
kΩ
mW
0
0
0
-
0
3
Atenção: Por segurança, desligar o circuito toda vez
que modificar o circuito ou instalar o amperímetro.
ATENÇÃO: Medição de corrente é sempre um processo trabalhoso e perigoso uma vez que para instalar um amperímetro é necessário desligar o circuito e interromper uma malha (nem sempre possível).
Em alguns amperímetros a mudança da escala
amperimétrica requer o desvio da corrente do amperímetro através de um jump. Leia o manual de
operação do multímetro utilizado.
5
10
15
20
25
30
1. LEI DE OHM
Objetivos: Observar a linearidade na relação entre
tensão e corrente e a constância no valor da resistência.
Figura 1- Circuito Resistivo.
Os resistores utilizados na eletrônica foram projetados e construídos para apresentar linearidade
V-I em uma faixa muito ampla de tensão (e corrente) e boa estabilidade térmica no valor da resistência (25 ppm/oC nos resistores metal film).
Atenção: A temperatura no resistor de 1/3W estará quase no limite máximo. Cuidado para não
queimar o dedo. Substitua, se necessário, o resistor
de 3kΩ por 2 resistores de 1,5kΩ em série (ou 3 x
1kΩ em série, 4 x 12kΩ em paralelo, 3 x 9,1kΩ em
paralelo ou um resistor de 3kΩ de 1/2W).
ATENÇÃO: NUNCA MEDIR RESISTÊNCIA EM CIRCUITOS ENERGIZADOS – CALCULAR O VALOR DE R=E/I
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Figura 4- Gráfico Corrente x Tensão.
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1
EEL211 - LABORATÓRIO DE CIRCUITOS E LÉTRICOS I - Laboratório No 4 Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff
2. Circuito Série e KVL
3. CIRCUITO PARALELO E KCL
Objetivos: 1) Verificar que a soma de tensão na malha é zero E+VR1+ VR2 +VR3 =0. 2) Verificar a regra
do divisor de tensão. 3) Verificar a diferença entre Potencial e Diferença de Potencial (ddp). 4) Calcular o
valor da resistência equivalente.
Objetivos: 1) Observar que a soma das correntes
no nó é zero, ou seja, IE+I1+I2+I3=0. 2) Observar a
regra do divisor de corrente. 3) Calcular o valor da
resistência equivalente
Montar o circuito apresentado na Figura 3 com
a fonte E desligada.
Ligar a fonte E, ajustar em 6V, fazer a leitura
das correntes e preencher a Tabela 2.
Observe a dificuldade e o trabalho para medir
corrente neste circuito. Para facilitar o trabalho utilizaremos um único amperímetro e chaves (fio).
Figura 2 - Circuito série
Montar o circuito apresentado na Figura 2 com
a Fonte E desligada.
Ligar a fonte E, ajustar em 12V.
Medir a corrente e o potencial dos pontos A, B e
C em relação à referência GND e a tensão em
cada resistor. Preencher a Tabela 1. Compare
os resultados.
Tabela 1
Teorico
E
12
Figura 3- Circuito em Paralelo
Teorico
E
6
I1
V
mA
I3
mA
REQ=E/I
Ω
P(R1)
VB
P(R2)
mW
VC
P(R3)
V
VR1=VA
P(E)
VR2=VB-VA
REq=E/I
VR3=VC-VB
REQ=E/I
ATENÇÃO: NUNCA MEDIR RESISTÊNCIA EM
CIRCUITOS ENERGIZADOS
Ω
P(R1)
OBS. Um amperímetro tipo alicate (com sensor
Hall para medição em corrente contínua) facilitaria
este trabalho.
P(R2)
mW
P(R3)
P(E)
Compare os valores de potência dissipada em
cada resistor no circuito série e no circuito paralelo e o balanço de potência.
ATENÇÃO: NUNCA MEDIR RESISTÊNCIA EM CIR-
CUITOS ENERGIZADOS
2
V
I2
VA
REq=E/I
Medido
IE=I1+I2+I3
Medido
I
Tabela 2
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4. AUTO-AQUECIMENTO (OPCIONAL)
Calcular o valor da resistêcia e transferir os resultados no gráfico da Figura 5.
Objetivos: 1) Mostrar o efeito da temperatura na
resistência (coeficiente térmico positivo). 2) A não
linearidade da resistência.
Utilizaremos uma lâmpada incandescente (retirada do mercado em 2016) cujo filamento de tungso
tênio pode atingir temperatura superior a 1000 C.
Medir a resistência da lâmpada incandescente
(desligada) na temperatura ambiente (resistência a frio).
Calcular o valor da resistência desta lâmpada
quando estiver submetida à tensão nominal.
R=V2/P. Justifique a diferença.
Tensão
Nominal
Potência
Nominal
R Quente
Calculado
R Frio
Medido
Montar o circuito da Figura 4 utilizando a fonte
de alimentação CC ajustável. Ligar a fonte E,
ajustar a tensão e medir a corrente I.
Preencher a Tabela 4 e tansferir os resultados
para o gráfico da Figura 6. X=5V/DIV,
Y=20mA/DIV e R= 20Ω/DIV
DCA: 200mA
A
E
R
Lâmpada
I
V
Figura 5- Gráfico Corrente x Tensão.
Figura 4- Efeito do auto-aquecimento.
5. RTD – DETETOR DE TEMPERATURA RESISTIVO
Resistance Temperature Detectors
Tabela 4
E
I
0
0
R=E/I
P=E.I
**
0
Para uma variação de temperatura relativamente
o
o
baixa, entre 0 C e 100 C, podemos considerar a equação linear abaixo para variação da resistência
com a temperatura.
R(θ) = R 0 (1 + α ∆θ )
5
10
∆θ = θ - θ0
15
o
Ω
C
ppm 10-6 0,0001%
α
= o =
o
o
C
C
C
R 0 =R(θ 0 ) Resistencia na temperatura Θ0
20
25
30
** Para E=0 e I=0, o valor da resistência é o valor
medido com a lâmpada desligada, obtido com o
ohmímetro (RFrio).
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Observe a diferença na sensibilidade térmica entre um resistor e um RTD. Ao contrário do resistor, o
RTD deve ter maior sensibilidade térmica possível.
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Exemplo:
α=25 ppm/oC p/ resistor Metal Film
α=200 ppm/oC p/ resistor de carbono
α=3850 ppm/oC p/ Pt100 (RTD de platina
B25 oC/75 o C = 3147 K
0o C = 273,16 K
Auto-aquecimento
Qualquer corrente que circule no resistor provocará dissipação de potência e conseqüente elevação da
temperatura.
A temperatura no corpo θC depende da temperatura ambiente θA, da potência dissipada P e da Resistência térmica (conhecido também como “Fator de
Auto-aquecimento” Rθ.
θ C = θ A + P.R θ
o
C
PMax =50mW
1/R Θ =2mW/K
τθ =6s
R=100 Ω a 25o C (298,16 K)
R=84,1Ω a 30o C
R=60Ω a 40o C
Ensaio
o
θC = Temperatura do Corpo em C
θA = Temperatura Ambiente em oC
Rθ = Resistência Térmica em em oC/W
P = Potência em W
R=15k
Para evitar o auto aquecimento nos RTD’s a corrente é mantida abaixo de 1mA na maioria dos casos
e menor que 10mA para RTD’s maiores.
Io
A
NTC
100Ω
E
15V
Vo
V
o
Pt100 – RTD de Platina 100Ω
Ωa0 C
(
(1 + K .θ + K θ ) Ω
)
a) R(Θ) = R 0 1 + K1.θ + K 2θ 2 + K 3 (θ-100)θ3 Ω
E=1,2V a 15V
I
R
P
0,1-1mA
15k
1/3 W
a) Para θ= -200 o C a 0 o C
1-10mA
1,5k
1/2 W
b) Para θ= 0 o C a 850 o C
10-100mA
100
2 W
b) R(θ) = R 0
2
1
2
-6 o
K 1 = 3908,02 10 / C
K 2 = 5801,95 10 -10 / o C 2
K 3 = 4273,50 10 -15 / o C 4
6 - TERMISTOR - NTC
NEGATIVE TEMPERATURE COEFICIENT
R(Θ) = R 0
1
1 
B 
Θ Θo 
e 
1
Θ=
 R 
1 1
+ Ln 

Θo B  R o 
θ
o
R
Ω
Ω
K
C
Figura 6- Gráfico Corrente x Tensão NTC
Itajubá, MG, julho de 2016
Itajubá, MG, Julho de 2008
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