Primeiro relatório de física experimental

Primeiro relatório de física experimental

FEG – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá

FÍSICA EXPERIMENTAL II

PROFESSOR: KONSTANTIN GEORGIEV KOSTOV

CIRCUITOS ELÉTRICOS

Vinícius Carvalho Vieira 07235-6

Paulo Tasso Diniz Filho 07144-6

Vitor Scarabeli Barbosa 07182-6

ÍNDICE

Objetivo

03

Introdução

03

Resumo

05

Materiais e Métodos

05

Resultados

06

Conclusão

07

Bibliografia

08

Apêndice

09

OBJETIVO

O objetivo do presente experimento é introduzir os elementos básicos constituintes de circuitos elétricos simples, construir circuitos de corrente contínua e realizar medidas de tensão e de corrente elétrica. Mediante as medições realizada de tensão e corrente, deve-se defrontar os valores obtidos teoricamente com os valores obtidos na prática e com isso discutir os possíveis resultados.

INTRODUÇÃO

De uma maneira geral, denomina-se circuito elétrico o conjunto de caminhos que permitem a passagem de corrente elétrica, no qual aparecem outros dispositivos elétricos ligados a um gerador. Estes dispositivos podem ser os mais diversos: resistores, capacitores, diodos, receptores e etc.

Pelo circuito, percorre uma corrente elétrica. A corrente elétrica pode ser definida como um fluxo ordenado de elétrons (ou portadores de carga). Sabe-se que microscopicamente os elétrons se comportam de maneira caótica em um material ôhmico. Para organizar o fluxo de elétrons há a necessidade de uma fonte de tensão (ou diferença de potencial). Analogamente a mecânica, a tensão força os elétrons a se ordenarem no sentido de diminuição da energia (estabilidade). Por definição, o sentido da corrente elétrica é contrário ao sentido de movimento dos elétrons.

Matematicamente a intensidade de corrente elétrica é definida por:

Convencionou-se a representar a intensidade de corrente elétrica pela letra i. A unidade de i no SI é o Ampére (A). Para representar a tensão elétrica utiliza-se a letra U. A tensão elétrica é medida em Volts (V).

Tensão (U) e intensidade de corrente elétrica (i) se relacionam pela equação:

onde: R  Resistência Elétrica

A maioria dos circuitos elétricos usa dispositivos elétricos chamados de resistores. Os resistores possuem uma resistência a tensão que obedece ao gráfico a seguir:

Existem diversos tipos de resistores, os mais comuns são os resistores de carvão (utilizados no experimento) que se identificam por um código de cores que é conhecido comercialmente. A resistência é medida em ohms (Ω).

Os resistores podem ser associados de diferentes formas:

  • SÉRIE:

Na associação de resistores em série, dois ou mais resistores são ligados, de modo que só tenham em comum um único ponto par. Neste tipo de ligação, a corrente percorrida por todos os resistores da associação é a mesma. Neste tipo de associação, a resistência equivalente é sempre maior que qualquer das resistências individuais. Matematicamente, obtém-se a resistência equivalente através da equação:

Esquematicamente, uma associação em série representa-se por:

  • PARALELO

Na associação de resistores em paralelo, dois ou mais resistores são ligados de modo que todos estejam ligados ao mesmo nó. Neste tipo de associação, a corrente elétrica que percorre os resistores é diferente (1ª Lei de Kirschoff).

Matematicamente, obtém-se a resistência equivalente através da equação:

Representa-se uma associação de resistores em paralelo de acordo com o esquema:

Tensão e intensidade de corrente elétrica podem ser mensuradas. A tensão é medida com o voltímetro e intensidade de corrente elétrica é medida com o amperímetro. Cada um dos aparelhos tem sua peculiaridade e posição para serem montados no circuito. O amperímetro deve ser ligado em série. Por esse motivo, um amperímetro ideal deve ter resistência interna nula. O voltímetro deve ser ligado em paralelo. Aliado a esse motivo, concluiu-se que um voltímetro ideal deve apresentar resistência interna infinita.

RESUMO

O presente experimento consiste na abordagem dos elementos básicos de circuitos elétricos, bem como na montagem de um circuito elétrico simples em que foi empregado o uso de uma placa protoboard,resistores de carvão, pilhas e fios condutores. O circuito contém associações em série e em paralelo dos resistores constituintes do circuito. Após a montagem do circuito, foram realizadas várias medições das tensões existentes no circuito e das correntes presentes nos nós. Com o intuito de analisar os valores obtidos experimentalmente assim como os valores teóricos obtidos através de equações matemáticas, montaram-se duas tabelas com os parâmetros físicos analisados com seus respectivos valores. Após a construção das tabelas foi possível realizar uma análise criteriosa dos dados, verificando assim as possíveis diferenças entre os valores experimentais e teóricos, possibilitando tirar conclusões a respeito dos valores experimentais e teóricos.

MATERIAIS E MÉTODOS

Neste experimento foram utilizados os seguintes materiais:

 Uma placa protoboard;

 Três pilhas de 1,5 V (cada uma);

 Seis resistores de carvão com as seguintes resistências: 470 , 390 , 150 , 120 , 82  e 220 ;

 Fios condutores encapados;

 Um amperímetro;

 Um voltímetro;

 Um ohmímetro.

Esquema do circuito:

Procedimentos realizados:

Antes da construção do circuito sobre a placa protoboard, mediram-se as resistências dos resistores de carvão através do uso de um ohmímetro. Depois de feita as medições, o circuito foi montado na placa protoboard. Em seguida para a medição de cada tensão existente no circuito, utilizou-se o voltímetro, em que, o mesmo foi ligado em paralelo com os pontos, os quais, havia uma diferença de potencial. Em relação ao método empregado para a medição da corrente elétrica, utilizou-se o amperímetro, onde deve ser observado que o mesmo integre no circuito através da interrupção do fio, onde se deseja medir a corrente, ou seja, o amperímetro de ser ligado em série com o circuito.

No âmbito teórico, para efetuar os cálculos das tensões existentes no circuito e das correntes elétrica em cada nó existente no circuito, foram empregadas as seguintes fórmulas.

Cálculo da resistência de um resistor equivalente obtido por uma associação em paralelo:

Cálculo da resistência de um resistor equivalente obtido por uma associação em série:

Foi aplicada a Lei de conservação da carga para o cálculo teórico das correntes em cada nó existente no circuito.

( Lei dos nós )

Para a efetuação dos cálculos teóricos das tensões existentes no circuito, aplicou-se a Lei da conservação de energia.

( Lei das malhas )

RESULTADOS EXPERIMENTAIS

O processo de medição das resistências, tensões e das correntes elétricas mediante o uso respectivamente do ohmímetro, voltímetro e amperímetro; permitiu a construção da seguinte tabela:

Parâmetros Analisados

Valores experimentais

DDP do circuito

4,4 V

Resistência Equivalente

464,5 

Corrente Total do Sistema

9,0 mA

Tensão entre os Nós 1 e 2

1,7 V

Tensão entre os Nós 2 e 3

1,2 V

Tensão entre os Nós 3 e 4

0,9 V

Corrente no Resistor 1 (465 )

4,0 mA

Corrente no Resistor 2 (389 )

4,8 mA

Corrente no Resistor 3 (148,2 )

8,8 mA

Corrente no Resistor 4 (119,8 )

4,5 mA

Corrente no Resistor 5 (81,9 )

4,5 mA

Corrente no Resistor 6 (221 )

4,1 mA

Observação: A resistência equivalente presente na tabela acima foi calculada através das associações de resistores conforme esquema abaixo:

Em relação aos dados teóricos, após os cálculos para a obtenção das correntes elétricas, tensões e da resistência equivalente do sistema, foi construída a seguinte tabela:

Parâmetros Analisados

Valores teóricos

DDP do circuito

4,5 V

Resistência Equivalente

468,4 

Corrente Total do Sistema

9,6 mA

Tensão entre os Nós 1 e 2

2,04 V

Tensão entre os Nós 2 e 3

1,45 V

Tensão entre os Nós 3 e 4

1,01 V

Corrente no Resistor 1 (470 )

4,35 Ma

Corrente no Resistor 2 (390 )

5,25 mA

Corrente no Resistor 3 (150 )

9,6 mA

Corrente no Resistor 4 (120 )

5,0 mA

Corrente no Resistor 5 (82 )

4,5 mA

Corrente no Resistor 6 (220 )

4,1 mA

CONCLUSÃO

Através do experimento pode-se ter uma compreensão mais concreta do funcionamento de um circuito elétrico. Pode-se comparar e analisar as diferenças entre associações em série e em paralelo, e calcular as resistências equivalentes. Também por meio desse aprendeu-se a manusear instrumentos de medição elétrica (voltímetro e amperímetro).

Apesar de serem ótimos medidores, os instrumentos, influenciaram, na leitura da intensidade de corrente e da diferença de potencial, pois os mesmos apresentam resistência interna. Para que a medição não fosse prejudicada (o voltímetro deveria ter uma resistência infinita e o amperímetro deveria ter uma resistência nula para uma leitura ideal). Outro possível fator responsável são os fios condutores, sendo que durante o experimento percebeu-se um mal contato dos mesmos com a placa protoboard. Em se tratando de uma situação real, é impossível obter esses dados ideais. Com isso, os resultados encontrados experimentalmente são diferentes aos dados calculados teoricamente.

Uma vez descoberta a causa dos erros de leitura, fica constatada a influência que os instrumentos exerceram na medição dos parâmetros físicos. Pode-se afirmar que o experimento foi considerado satisfatório, pois seus resultados foram relativamente próximos dos esperados, uma vez que os valores calculados ficam dentro da margem de erro.

BIBLIOGRAFIA

Halliday D; Resnick R; Merril J. Fundamentos de Física vol. 3, Eletromagnetismo, 6ª Edição, LTC, RJ, 1995.

APÊNDICE

Cálculos para a determinação de grandezas experimentais a partir de equações específicas:

Cálculo da resistência de um resistor equivalente obtido por uma associação em paralelo:

Cálculo da resistência de um resistor equivalente obtido por uma associação em série:

Lei da conservação da carga para o cálculo teórico das correntes existentes em cada nó no circuito:

Lei da conservação de energia para o cálculo teórico das tensões existentes no circuito:

 Equação para a determinação de corrente, tensão e resistência:

onde :

R = resistência elétrica

U = tensão

I = corrente elétrica

Expressões oriundas da equação acima:

Comentários