EEL211_Lab4 -- Lei de Ohm, Leis de Kirchhoff
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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 UNIFEI-IESTI – Kazuo Nakashima Figura 4- Gráfico Corrente x Tensão. WWW.elt09.unifei.edu.br [email protected] 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 UNIFEI-IESTI – Kazuo Nakashima WWW.elt09.unifei.edu.br [email protected] EEL211 - LABORATÓRIO DE CIRCUITOS E LÉTRICOS I - Laboratório No 4 Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff 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). UNIFEI-IESTI – Kazuo Nakashima Observe a diferença na sensibilidade térmica entre um resistor e um RTD. Ao contrário do resistor, o RTD deve ter maior sensibilidade térmica possível. WWW.elt09.unifei.edu.br [email protected] 3 EEL211 - LABORATÓRIO DE CIRCUITOS E LÉTRICOS I - Laboratório No 4 Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff 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 4 UNIFEI-IESTI – Kazuo Nakashima WWW.elt09.unifei.edu.br [email protected]
