Atividade 6

Universidade Federal de Itajubá
Instituto de Física & Química
Disciplina de Metodologia Científica
Experiência de hoje
Objetivos:
- Efetuar medidas diretas de voltagem e corrente elétrica;
- Efetuar medidas diretas e indiretas de resistência elétrica;
- Aprender a utilizar corretamente um multímetro;
- Aprender a construir gráficos de pontos experimentais;
- Aprender a extrair informações e medidas de gráficos.
Laboratório 6
Avaliando Resistência Elétrica através de Gráficos
Um bipolo elétrico é um elemento passivo de circuito elétrico, com
dois terminais acessíveis, submetido a uma diferença de potencial
(tensão elétrica) e pelo qual passa uma corrente elétrica. São
exemplos os resistores, lâmpadas, fios condutores, diodos, dedos
tocando em tomadas, dentre outros.
Materiais:
- Fonte elétrica BK Precision 1550;
- Multímetros digitais ICEL MD-6111 ou Minipa ET-2042D;
- Resistência elétrica comercial;
- Lâmpada de 40W com contatos;
- Matriz de Circuito e fios;
- Lápis, Calculadora Científica e Folha de dados;
- Computador com programa para gráficos (SciDAVis).
A resistência elétrica é a propriedade física que relaciona a tensão
aplicada ao bipolo e a corrente que o atravessa; formalmente:
R =V I
A resistência está associada às propriedades microscópicas do
material e à forma do bipolo. A expressão acima é sempre válida.
Entretanto, quando R é constante para um determinado intervalo
de variação de V e I, dizemos que o bipolo está em um regime de
condução ôhmico. É importante salientar que nem todos os
materiais apresentam um regime de condução ôhmica. Quando
ocorre transformação de energia elétrica em luminosa ou
calorífica, não existe proporcionalidade direta entre a voltagem e a
corrente elétrica, pois parte da
potência elétrica é dissipada em
outras formas de energia. Se a
temperatura do resistor variar,
sua resistência também sofre
variações.
FAÇAM e/ou ANOTEM NA FOLHA DE DADOS:
1)
2)
3)
4)
5)
Caracterizem os instrumentos utilizados (multímetro como ohmímetro,
voltímetro e amperímetro, ver DICAS I), anotando na Folha de Dados: a)
Marca e Modelo; b) Unidade e Faixa dinâmica de medida; c) Erro;
Peguem um dos multímetros e coloque o seletor central em “20 kΩ
Ω”.
Coloquem os contatos do resistor comercial nas entradas “VΩHz” e
“COM”. Meçam e anotem na Folha da Dados a resistência do resistor
(RR), com o respectivo erro e unidade;
Coloquem o seletor central em “200 Ω”. Coloquem os contatos da
lâmpada nas entradas “VΩHz” e “COM”. Meçam e anotem na Folha da
Dados a resistência da Lâmpada (RL), com o respectivo erro e
unidade;
Montem o circuito de tensão real (Figura 1) para o resistor. Liguem
um fio do “+” da fonte ao ponto 1 do circuito. O resistor deve ser
inserido nos pontos 2 e 3.
Liguem um fio, do “mA” do multímetro-amperímetro no ponto 4. Utilizem
outro fio para ligar o “COM” do multímetro-amperímetro no ponto 5.
Coloquem o seletor central do multímetro-amperímetro em “20 mA”
(branco).
Construam na Folha de Dados a Tabela 2 com as seguintes colunas:
Ensaio, Seletor Voltímetro, Voltagem (V), Erro Voltagem (V), Seletor
Amperímetro, Corrente (mA), Erro Corrente (mA). Além do cabeçalho,
a Tabela 2 terá 9 linhas de dados.
12) Repitam o passo 9 para a lâmpada. Notem que o filamento da lâmpada
acende ao longo do processo.
13)
Façam o Gráfico de pontos 1 no SicDAVis, referente aos dados
medidos com o resistor comercial (Tabela 1), sendo a corrente elétrica a
variável independente. Utilizem o tutorial do laboratório 5 como auxílio.
14)
Façam o Gráfico de pontos 2 no SicDAVis, referente aos dados
medidos com a lâmpada (Tabela 2), sendo a corrente elétrica a variável
independente.
11)
Figura 1 – Circuito de tensão real
6)
7)
8)
9)
10)
Liguem um fio do “VΩ
ΩHz” do multímetro-voltímetro no ponto 1 (atentem
que os pinos encaixam um no outro). Liguem um fio do “COM” do
multímetro-voltímetro no ponto 4. Coloquem o seletor central do
multímetro-voltímetro em “20 V” (branco);
Liguem a fonte “BK Precision” (botão na parte de trás). No visor
aparecerá a voltagem ajustada e corrente 0.00. Apertem (na parte da
frente) o “V” e em seguida “+” ou “-” para ajustar o valor da voltagem.
Ajustem para o valor de voltagem mínimo possível (o mais próximo de 0).
Liguem um fio do “−
−” da fonte ao ponto 6 do circuito. Então aperte o
botão central “Output On//Off” para acionar.
Construam na Folha de Dados a Tabela 1 com as seguintes colunas:
Ensaio, Seletor Voltímetro, Voltagem (V), Erro Voltagem (V), Seletor
Amperímetro, Corrente (mA), Erro Corrente (mA). Além do cabeçalho,
a Tabela 1 terá 9 linhas de dados.
Variem a voltagem de saída da fonte de 5 em 5 V, indo do valor mínimo
possível até o máximo possível no último ensaio. Para cada valor de
voltagem, anotem na Tabela o ensaio (I, II, III, etc), o seletor de
voltagem utilizado e a voltagem lida no multímetro-voltímetro; o seletor
de corrente e a corrente lida no multímetro-amperímetro. As colunas de
erro de voltagem e erro de corrente devem ser preenchidas após
encerrar as medidas. Próximo ao valor 20 V será necessário mudar o
seletor central do multímetro-voltímetro de “20 V” para “200 V”.
Após concluir as medidas do resistor comercial, apertem o botão central
“Output On//Off” para desligar a fonte. Voltem a voltagem de saída ao
menor valor possível. Substituam o resistor comercial pela lâmpada.
Coloquem o seletor central do multímetro-amperímetro em “200 mA”
(branco).
PENSEM E RESPONDAM (relatório):
I)
II)
O Gráfico 1 tem que aspecto? Qual relação parece existir entre a
voltagem V e a corrente I, para o resistor comercial? Ajustem uma
função adequada ao pontos experimentais e interpretem o significado
físico dos coeficientes desta função.
O Gráfico 2 tem que aspecto? Qual relação parece existir entre a
voltagem V e a corrente I, para a lâmpada? Para auxiliar na
interpretação, lembrem-se que:
V = R⋅ I
III)
IV)
V)
R = RTa ⋅ (1 + α ⋅ ∆T )
onde RTa é a resistência à temperatura ambiente, α é o coeficiente de
temperatura da resistividade e ∆T é a diferença de temperatura entre o
filamento da lâmpada e o ambiente.
Assumindo que Ta = 20°C, α = 0,0045 Ω/K para o filamento de
tungstênio, calculem para cada par de medidas (V e I), a resistência (em
Ω) e a temperatura do filamento da lâmpada (em K). Criem a Tabela 3
com as seguintes colunas: Ensaio, Voltagem (V), Resistência (Ω),
Temperatura (K). Não se esqueçam de propagar os erros!
Façam o Gráfico 3, da variação da resistência do filamento da lâmpada
com a voltagem aplicada. O que se pode concluir dele?
Façam o Gráfico 4, da variação da temperatura do filamento da lâmpada
com a voltagem aplicada. Façam um ajuste da função abaixo, aos
pontos experimentais:
T = a + b ⋅ V c , com a, b e c coeficientes.
para tanto, utilizem a opção do menu superior “Analysis”, seguida de “Fit
Wizard”. Em “Parameters” digitem “a,b,c”. No retângulo em branco,
embaixo, digitem “a+b*x^c”. Depois cliquem em “Fit >>”. Na nova janela,
digitem os seguintes “chutes” para os parâmetros: a) 200, b) 200, c) 0.5.
PENSEM E RESPONDAM (relatório):
VI)
VII)
De acordo com o ajuste feito ao gráfico da variação da temperatura do
filamento da lâmpada com a voltagem aplicada, qual deveria ser a
temperatura do filamento para a voltagem máxima na lâmpada
(V = 110V)? Verifiquem se ela está de acordo com a temperatura de
fusão do tungstênio (TF = 3422°C).
Considerando as duas resistências que utilizamos (resistor e lâmpada) e
o intervalo de voltagem aplicado, quais deles obedeceram a Lei de
Ohm? Quais deles trabalharam em regime ôhmico? Justifiquem vossas
respostas.
A mais…
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/corrente/lei_ohm_resist_eletrica/ (itens 9 a 24)
http://www.feng.pucrs.br/~jorgef/instrumentacao/AULA6_INSTRUMENTACAO.pdf
DICAS:
I) Utilizaremos 2 tipos de multímetros: ICEL (MD-6111) ou Minipa (ET2042D). A tabela abaixo fornece os erros do fabricante para a atuação
destes multímetros nos três modos que iremos utilizar. Eles são
essencialmente iguais:
Propriedade
ICEL MD-6111 ou
Minipa ET2042D
Voltagem DC
2 ou 20V
0,5% + 3
Corrente DC
20 mA
0,8% + 4
Corrente DC
200 mA
1,2% + 4
Resistência
200 Ω
0,8% + 5
Resistência
20 kΩ
0,8% + 3