LAB. 08 - Medidas de resistência elétrica em lâmpadas

COLTEC/UFMG – FÍSICA – 1º ANO – 2015
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LAB. 08 - Medidas de resistência elétrica em lâmpadas incandescentes e resistores
Introdução
As lâmpadas incandescentes simuladas no laboratório virtual que temos utilizado em nosso curso possuem
um comportamento muito diferente das lâmpadas reais. Na verdade, essas “lâmpadas virtuais” se
comportam como se fossem resistores! Resistores são elementos de circuito muito importantes que têm a
aparência de pequenos cilindros dotados de dois terminais metálicos nas extremidades (ver ilustração no
final desta página). Eles são essenciais para a construção de circuitos elétricos mais complexos. Mas, qual
é a função de um resistor? Em que um resistor é diferente de uma lâmpada incandescente e que tipo de
“falsificação da realidade” o laboratório virtual de eletricidade do projeto Phet produz ao fazer com que as
lâmpadas nele simuladas se comportem como resistores e não como lâmpadas reais? Nesta atividade de
laboratório você produzirá conhecimentos que o ajudarão a responder a essas questões. Vamos iniciar pela
apresentação de algumas diferenças essenciais entre lâmpadas incandescentes e resistores, bem como um
pequeno texto contendo a expressão matemática que define a medida da resistência elétrica.
Algumas diferenças importantes entre resistores elétricos e lâmpadas incandescentes
A função de um resistor é controlar ou limitar a corrente que passa em um determinado trecho de um
circuito elétrico. Resistores e filamentos de lâmpadas incandescentes têm algo em comum, pois, ambos
transformam energia elétrica em energia térmica quando neles se estabelece uma corrente elétrica. Por
outro lado, resistores e filamentos de lâmpadas são muito diferentes entre si, pois, uma lâmpada é sempre
construída para trabalhar sob uma tensão específica (geralmente inscrita em seu próprio bulbo ou na caixa
dentro da qual ela é comercializada) e não costuma ser submetida a tensões diferentes desse valor
nominal. Essa é uma condição de funcionamento totalmente diferente daquela associada à utilização dos
resistores, visto que um resistor é um elemento fabricado para ser submetido a diferentes valores de tensão
nos inúmeros circuitos específicos nos quais ele pode vir a ser utilizado.
A definição formal ou matemática de resistência elétrica
Em 1826, o físico alemão George Simon Ohm (1789-1854) postulou que o valor da corrente em um circuito
ligado a uma fonte de tensão não depende apenas da polaridade aplicada pela fonte, já que a corrente seria
também limitada pela resistência ao fluxo de cargas elétricas oferecida pelo circuito. Desde então, a
resistência elétrica passou a ser interpretada como uma medida da dificuldade oferecida por um condutor
ao fluxo de cargas elétricas em seu interior. Atualmente, a unidade de medida da resistência elétrica é o
Ohm e seu símbolo é a letra grega Omega maiúscula (1 Ohm = 1 Ω). A relação entre tensão, resistência e
corrente é dada matematicamente pela expressão U = R . i , onde U representa a medida da tensão, R
representa a medida da resistência e i corresponde à medida da intensidade da corrente. A partir dessa
relação, podemos definir a resistência de um condutor como sendo a razão R = U/i. De acordo com essa
definição a resistência de um elemento de circuito é igual a 1 Ω, quando nele for estabelecida 1 Ampere de
corrente, assim que ele for submetido a uma tensão de 1 Volt ( 1 Ohm = 1 Volt / 1 Amp.).
Exploração 1 – Utilizando o Ohmímetro para medir o valor da resistência de resistores
Um dos modos de medir a
resistência elétrica de um
elemento de circuito consiste
em retirá-lo do circuito no
qual ele estava conectado,
para ligar suas extremidades
aos
terminais
de
um
Ohmímetro, que é um medidor
elétrico integrado às diversas
funções de um multímetro.
Conectar um Ohmímetro a um
elemento
de
circuito
submetido à tensão de uma
fonte de energia elétrica irá
danificar o aparelho.
Para fazer medidas com o
Ohmímetro,
observe
com
atenção o multímetro e tente
encontrar
informações
no
aparelho
para
configura-lo
adequadamente. Mostre ao
professor essa configuração,
antes de realizar as medidas da
resistência elétrica de uma
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lâmpada incandescente e de alguns resistores fornecidos pelo
professor. No caso dos resistores, os valores medidos podem ser
comparados com os valores nominais fornecidos pelo fabricante,
por meio de um código cores (ver figura da página anterior). Monte
uma tabela similar àquela mostrada ao lado para comparar os
valores de resistência informados pelo fabricante dos resistores
com os valores medidos pelo Ohmímetro. O traço na última da
tabela indica que os fabricantes de lâmpada não nos dão
informações sobre a resistência dos filamentos, isto é, não existe
um valor nominal, neste caso.
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Elemento
Valor
Medido
Valor
Nominal
Resistor 1
Resistor 2
Resistor 3
Lâmpada
------------
Exploração 2 – Comportamento da resistência de um resistor submetido a uma tensão variável
Como dissemos na introdução deste roteiro de atividade, os resistores são dispositivos que: (a) têm a
função de limitar a corrente que passa em um determinado trecho de um circuito elétrico; (b) podem ser
submetidos a diferentes valores de tensão. Mas, como será que se comporta um resistor submetido a
tensões diferentes? Será que ele mantém uma resistência elétrica constante, próxima daquela medida por
um Ohmímetro ou será que sua resistência varia, juntamente, com a variação da tensão e da corrente no
circuito?
Para responder a esta questão, vamos utilizar um resistor com potência igual ou superior a 5 Watts. Esse
tipo de resistor é mais adequado por não se aquecer muito ao ser submetido
aos valores de tensão que iremos utilizar. Monte o circuito mostrado na
figura ao lado. A fonte tem uma chave circular na parte superior que nos
permite tornar a tensão aplicada ao circuito maior ou menor. A chave se
encaixa em diversos orifícios. Varie a posição da chave desde o número 2
até o número 10. Esses números não correspondem, necessariamente, aos
valores de tensão aplicados sobre o resistor. A tensão aplicada sobre esse
elemento de circuito será medida por um voltímetro ligado em paralelo com
o resistor.
Orientações para produção e análise dos dados:
a) Crie uma tabela e utilize-a para registrar os cinco pares de valores de medidas de tensão e corrente que
seu grupo realizou. Na primeira linha da tabela insira o par ordenado de valores (0, 0) que corresponde
ao par zero Ampere e zero Volts. Na tabela, inclua, também, uma coluna para inserir os cálculos da
razão U/i que serão obtidos a partir das medidas realizadas pelo amperímetro e pelo voltímetro.
b) Os valores da resistência elétrica, dados pela razão U/i, aumentam, diminuem ou apontam alguma
tendência facilmente identificável?
c) Construa um gráfico cartesiano a partir das medidas realizadas. Para isso, coloque os valores de
tensão, no eixo y, e os valores de corrente, no eixo x. Que aparência tem esse gráfico?
Exploração 3 - Comportamento da resistência de uma lâmpada submetida a uma tensão variável
Todo o condutor elétrico submetido a uma tensão elétrica se aquece em virtude da resistência que ele
oferece ao fluxo de elétrons livres em seu interior. Resistores, tais como o que foi utilizado na exploração 2
desta atividade, são projetados para liberar, para o ambiente, a energia térmica decorrente das interações
entre os elétrons livres que fluem em seu interior e os átomos/íons que o constituem. Como resultado dessa
transferência de energia, o resistor pode trabalhar com uma temperatura relativamente constante e não
muito distante da temperatura ambiente.
Os filamentos das lâmpadas incandescentes, por outro lado, trabalham a temperaturas de milhares de
graus Celsius e chegam a atingir 2.700 oC quando o filamento está emitindo luz branca. Pequenas
alterações no brilho e na cor da luz emitida por uma lâmpada incandescente estão geralmente associadas a
mudanças na temperatura de seu filamento da ordem de centenas de graus Celsius. Essas alterações de
brilho e de temperatura ocorrem quando mudamos a tensão aplicada sobre uma lâmpada incandescente!
Será que elas também afetam a resistência elétrica oferecida por esse tipo de lâmpada?
Nesta exploração, você poderá responder a essa questão e também comparar
o comportamento dos filamentos de lâmpadas incandescentes com o
comportamento do resistor investigado na Exploração 2. Para isso, monte o
circuito apresentado na figura ao lado e siga as mesmas orientações para
produção e análise das medidas de tensão e corrente dadas naquela ocasião.
A partir dessas medidas você e seu grupo poderão avaliar se: (i) a resistência
da lâmpada, dada pela razão U/i aumenta, diminui ou aponta alguma tendência
facilmente identificável; (ii) a aparência do gráfico tensão versus corrente em
uma lâmpada é a mesma daquela exibida pelo mesmo tipo de gráfico
elaborado a partir de medidas feitas com o resistor.