Medições de circuitos abertos e curto-circuito, Resistência elétrica e código de cores

Medições de circuitos abertos e curto-circuito, Resistência elétrica e código de...

Medições de circuitos abertos e curto-circuito, Resistência elétrica e código de cores

Disciplina: Laboratório de Circuitos Elétricos I

Professor: José Érick de Souza Lima

Faculdade Politec

Santa Bárbara d'Oeste – SP

Fevereiro 2010

Sumário

Introdução 1

Objetivo 1

Referencial teórico 1

Resistores 1

Para que servem os resistores? 1

Resistores de valores fixos 2

Código de cores 3

Potência nos resistores 5

A primeira lei de Ohm 6

Pratica 7

Descrição 7

Modelo proposto 7

Resultados 8

Questões 9

Conclusão 11

Referencia bibliográfica 12

Índice de tabelas

Codificação_das_cores_para_especificação_de_resistores 3

Codificação_da_tolerância 5

Comparação_entre_valores_nominais/valores_medidos_(digital,analógico) 8

Valores_medidos_circuito_base 8

Valores_com_R1_em_bypass 9

Valores_com_R2_em_bypass 9

Calculo_desvio_percentual_(R%) 10

Índice de ilustrações

Forma construtiva do resistor 2

Exemplo de codificação de um resistor 4

Modelo Proposto 7

Introdução

Esse relatório dispõe sobre resistores, medições de circuitos abertos, simulado de componentes em curto-circuito precisão de componentes e unidades de medidas de corrente, tensão e resistência assim como a aplicação da lei de ohm .

Objetivo

Esse trabalho tem como objetivo familiarizarmos com componentes de um circuito elétrico e equipamentos de medição de resistência, tensão e corrente elétrica e verificar de forma pratica como essas grandezas se comportam em diferentes modelos apresentados, adquirir competências necessárias para desenvolvimento de nossas atividades acadêmicas e profissionais atuais e futuras confrontando os resultados obtidos com resultados calculados e concluirmos se o modelo apresentado confere com a teoria ou não.

Referencial teórico

Resistores

São peças utilizadas em circuitos elétricos que tem como principal função converter energia elétrica em energia térmica, ou seja, são usados como aquecedores ou como dissipadores de eletricidade.

Alguns exemplos de resistores utilizados no nosso cotidiano são: o filamento de uma lâmpada incandescente, o aquecedor de um chuveiro elétrico, os filamentos que são aquecidos em uma estufa, entre outros.

Para que servem os resistores?

Na prática, os resistores limitam a intensidade de corrente elétrica através de determinados componentes. Uma aplicação típica disso, como exemplo, é o resistor associado em série com um LED

Nesse exemplo, o resistor limita a corrente que passa através do LED, permitindo apenas uma intensidade suficiente para que ele possa acender. Sem esse resistor a intensidade de corrente através do LED iria danificá-lo permanentemente.

Resistores de valores fixos

A ilustração mostra detalhes construtivos de um resistor de filme de carbono (carvão):

Forma construtiva do resistor

Durante a construção, uma película fina de carbono (filme) é depositada sobre um pequeno tubo de cerâmica. O filme resistivo é enrolado em hélice por fora do tubinho tudo com máquina automática até que a resistência entre os dois extremos fique tão próxima quanto possível do valor que se deseja. São acrescentados terminais (um em forma de tampa e outro em forma de fio) em cada extremo e, a seguir, o resistor é recoberto com uma camada isolante. A etapa final é pintar (tudo automaticamente) faixas coloridas transversais para indicar o valor da resistência.

Resistores de filme de carbono (popularmente, resistores de carvão) são baratos, facilmente disponíveis e podem ser obtidos com valores de (+ ou -) 10% ou 5% dos valores neles marcados (ditos valores nominais).

Resistores de filme de metal ou de óxido de metal são feitos de maneira similar aos de carbono, mas apresentam maior acuidade em seus valores (podem ser obtidos com tolerâncias de (+ ou-) 2% ou 1% do valor nominal).

Há algumas diferenças nos desempenhos de cada um desses tipos de resistores, mas nada tão marcante que afete o uso deles em circuitos simples.

Resistores de fio, são feitos enrolando fios finos, de ligas especiais, sobre uma barra cerâmica. Eles podem ser confeccionados com extrema precisão ao ponto de serem recomendados para circuitos e reparos de multi testes, osciloscópios e outros aparelhos de medição. Alguns desses tipos de resistores permitem passagem de corrente muito intensa sem que ocorra aquecimento excessivo e, como tais, podem ser usados em fontes de alimentação e circuitos de corrente bem intensas.

Código de cores

Como os valores ôhmicos dos resistores podem ser reconhecidos pelas cores das faixas em suas superfícies?

Simples, cada cor e sua posição no corpo do resistor representa um número, de acordo com o seguinte esquema, COR NÚMERO :

PRETO

MARROM

VERMELHO

LARANJA

AMARELO

VERDE

AZUL

VIOLETA

CINZA

BRANCO

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Codificação das cores para especificação de resistores

A PRIMEIRA FAIXA em um resistor é interpretada como o PRIMEIRO DÍGITO do valor ôhmico da resistência do resistor. Para o resistor mostrado abaixo, a primeira faixa é amarela, assim o primeiro dígito é 4:

Exemplo de codificação de um resistor

A SEGUNDA FAIXA dá o SEGUNDO DÍGITO. Essa é uma faixa violeta, então o segundo dígito é 7. A TERCEIRA FAIXA é chamada de MULTIPLICADOR e não é interpretada do mesmo modo. O número associado à cor do multiplicador nos informa quantos "zeros" devem ser colocados após os dígitos que já temos. Aqui, uma faixa vermelha nos diz que devemos acrescentar 2 zeros. O valor ôhmico desse resistor é então 4 7 00 ohms, quer dizer, 4 700ou 4,7 k.

A QUARTA FAIXA (se existir), um pouco mais afastada das outras três, é a faixa de tolerância. Ela nos informa a precisão do valor real da resistência em relação ao valor lido pelo código de cores. Isso é expresso em termos de porcentagem. A maioria dos resistores obtidos nas lojas apresentam uma faixa de cor prata, indicando que o valor real da resistência está dentro da tolerância dos 10% do valor nominal. A codificação em cores, para a tolerância é a seguinte:

Nosso resistor apresenta uma quarta faixa de cor OURO. Isso significa que o valor nominal que encontramos 4 700tem uma tolerância de 5% para mais ou para menos. Ora, 5% de 4 700são 235então, o valor real de nosso resistor pode ser qualquer um dentro da seguinte faixa de valores: 4 700- 235= 4 465e 4 700+ 235= 4 935.

COR

MARROM

VERMELHO

OURO

PRATA

TOLERÂNCIA

+ ou – 1%

+ ou – 2%

+ ou – 5%

+ ou – 10%

Codificação da tolerância

A ausência da quarta faixa indica uma tolerância de 20%.

Potência nos resistores

Quando corrente elétrica circula através de resistores, especificamente, e nos condutores, em geral, esses sempre se aquecem. Neles ocorre conversão de energia elétrica em energia térmica. Essa energia térmica produzida, via de regra, é transferida para fora do corpo do resistor sob a forma de calor.

Isso se torna óbvio ao examinarmos o que acontece no filamento da lâmpada da lanterna. Seu filamento comporta-se como um resistor de resistência elevada (em confronto com as demais partes condutoras do circuito). Nele a energia elétrica proveniente das pilhas, via corrente elétrica, é convertida em energia térmica. Essa quantidade aquece o filamento até que ele adquira a cor branca e passa a ser transferida para o ambiente sob a forma de calor e luz. A lâmpada é um transdutor de saída, convertendo energia elétrica em energia térmica e posteriormente em calor (parcela inútil e indesejável) e luz (parcela útil).

Embora não tão evidente como na lâmpada e em alguns resistores de fonte de alimentação, esse aquecimento devido à passagem de corrente elétrica ocorre com todos os componentes eletrônicos, sem exceção. A maior ou menor quantidade de energia elétrica convertida em térmica num componente depende apenas de dois fatores: a resistência ôhmica do componente e a intensidade de corrente elétrica que o atravessa. Esses dois fatores são fundamentais para se conhecer a rapidez com que a energia elétrica converte-se em térmica.

A primeira lei de Ohm

Considere um fio feito de material condutor. As extremidades desse fio, são ligadas aos pólos de uma pilha, como mostra a figura abaixo. Desse modo, a pilha estabelece uma diferença de potencial no fio condutor e, conseqüentemente, uma corrente elétrica. Para se determinar o valor da corrente elétrica, coloca-se em série no circuito um amperímetro e, em paralelo, um voltímetro que permitirá a leitura da tensão.

Com o circuito montado e funcionando, fazemos as medições de tensão e corrente através dos aparelhos instalados. Agora imagine que a diferença de potencial da pilha seja dobrada (podemos fazer isso ligando uma segunda pilha em série com a primeira). Como resultado dessa alteração, o voltímetro marcará o dobro da tensão anterior, e o amperímetro marcará o dobro de corrente elétrica. Se triplicarmos a diferença de potencial, triplicaremos a corrente elétrica. Isso quer dizer que a razão entre a diferença de potencial e a corrente elétrica tem um valor constante. Essa constante é simbolizada pela letra R.

Se colocarmos a corrente elétrica (i) em evidência, podemos observar que, quanto maior o valor de R, menor será a corrente elétrica. Essa constante mostra a resistência que o material oferece à passagem de corrente elétrica.

A primeira lei de Ohm estabelece que a razão entre a diferença de potencial e a corrente elétrica em um condutor é igual a resistência elétrica desse condutor. Vale salientar que a explicação foi desenvolvida tendo como base um condutor de resistência constante. É por isso que condutores desse tipo são chamados de condutores ôhmicos.

Pratica

Descrição

Consiste em separar seis resistores de forma aleatória e efetuar a medição de sua resistência ohmica através de um multímetro digital e um analógico, também através de seu código de cor verificar o seu valor de resistência ohmica e alimentar uma tabela dados.

Logo em seguida escolher dois resistores ( 220Ω e 1000Ω) e montar o circuito em serie como o proposto e alimentar por uma fonte com tensão de 10V.

Medir a tensão e a corrente na fonte e em cada resistor e encontrar os valores de corrente e tensão para o circuito base e depois para as variações pedidas.

Modelo proposto

Modelo proposto

Resultados

Para a etapa de medir os resistores e compara-los com a especificações do resistores em seus respectivos códigos de cores tivemos os seguintes resultados:

Valor Nominal

Valor medido digital

Valor medido analógico

Tolerância

150000 Ω

151000 Ω

150000 Ω

5.00%

220 Ω

219 Ω

210 Ω

5.00%

12000 Ω

11900 Ω

12000 Ω

5.00%

5600 Ω

5520 Ω

55000 Ω

5.00%

1000 Ω

977 Ω

1000 Ω

5.00%

47000 Ω

46500 Ω

46000 Ω

5.00%

Comparação entre valores nominais /valores medidos (digital, analógico)

Na sequencia foi montado o circuito em serie como o proposto e alimentado por uma fonte com tensão de 10V e medido a tensão e a corrente em cada resistor encontrando os seguintes valores de corrente e tensão:

Componente

Tensão (V)

Corrente (mA)

Fonte

10

8.2

Resistor 1

1.81

8.2

Resistor 2

8.08

8.2

Valores medidos circuito base

Dando sequencia ao experimento foi feito uma ligação direta entre os pontos 1 e 2 criando um “by pass” em R1 e novamente efetuado as medições a seguir:

Componente

Tensão (V)

Corrente (mA)

Fonte

10

10

Resistor 1

0

0

Resistor 2

10

10

Valores com R1 em by pass

Em seguida foi feito uma ligação direta entre os pontos 2 e 3 criando um “by pass” em R2 e novamente efetuado as medições a seguir:

Componente

Tensão (V)

Corrente (mA)

Fonte

10

45

Resistor 1

10

45

Resistor 2

0

0

Valores com R2 em by pass

Após essa etapa o circuito foi remontado e desligado o ponto 1 do ponto 2 e verificado que não houve circulação de corrente no circuito somente se manteve a tensão da fonte no valor de 10V e esse mesmo valor de tensão em cima do resistor 2.

Dando andamento ao experimento restabelecemos as conexões do ponto 1 e 2 e interrompido entre os pontos 3 e 4 e constatado o mesmo fenômeno do experimento anterior,isto é não houve circulação de corrente no circuito e ao invés de a tensão de 10V estar em cima do resistor 2 e da fonte esse valor foi encontrado em cima da fonte e do resistor 1.

Questões

1 Compare os valores medidos com os valores nominais dos resistores e calcule os desvios percentuais e anote na tabela a seguir:

Valor Nominal

Valor medido digital

RD%

Valor medido analógico

RA%

Tolerância

150000 Ω

151000 Ω

0.66

152000 Ω

1.33

5.00%

220 Ω

219 Ω

0.45

210 Ω

4.5

5.00%

12000 Ω

11900 Ω

0.83

11800 Ω

1.66

5.00%

5600 Ω

5520 Ω

1.42

5500 Ω

1.81

5.00%

1000 Ω

977 Ω

2.3

960 Ω

4

5.00%

47000 Ω

46500 Ω

1.06

46000 Ω

2.12

5.00%

Calculo desvio percentual ( R %)

2 Compare R% com a tolerância do resistor e tire suas conclusões.

Em relação aos valores calculados concluímos que sempre o valor de desvio está dentro dos valores de tolerância do resistores.

3 Compare os RA com o RD e tire suas conclusões.

Comparando os dois R podemos afirmar que o valor medido pelo equipamento digital é mais preciso que o analógico,tornando o mais confiável para medições.

4 O que determina o valor ôhmico do resistor de filme de carbono?

O valor é determinado pelo código de cores.

5 Cite um exemplo de aplicação de resistores de filme .

Uma das aplicações de um resistor de filme de carbono é em placas eletronica onde eles tem a função de um divisor de tensão.

Podemos utilizar também para essa aplicação resistores de filme metálico quando desejamos uma maior precisão no circuito em questão.

6 Determine a sequencia de cores para os resistores abaixo:

4,7kΩ +/- 20% amarelo, violeta, vermelho

0.56Ω +/- 5% verde, azul, prata, ouro

20kΩ +/- 10% vermelho, preto, laranja, prata

125Ω +/- 1% marrom, vermelho, verde, preto, castanho

7 Calcule as correntes e tensões do circuito base e compare com os obtidos via medição.

Para o calculo da corrente do circuito temos que:

logo .

Para calcularmos a tensão temos:

logo

logo

Que comparado com o valores obtidos com as medições lemos leva a dizer que o valor teórico é o mesmo do pratico.

8 Explique os valores obtidos nos itens 5,6,7,e 8.

Para os itens 5 e 6 ao fazer o “by pass” nos resistores e sabermos que a corrente elétrica sempre prefere o caminho mais fácil podemos afirmar que toda a corrente passou pelo desvio sendo que toda a tensão ficou em cima de único resistor e assim alterando a corrente total do circuito .

Já para os itens 7 e 8 como o circuito foi interrompido não houve circulação de corrente sendo assim não houve queda de tensão do resistor mantendo dessa forma o valor de tensão da fonte em cima do resistor que é de 10V.

Conclusão

Podemos afirmar que o modelo montado corresponde com o modelo teórico e toda a teoria que rege divisão de corrente e tensão em um circuito resistivo alimentado por uma fonte de alimentação em corrente continua.

Referencia bibliográfica

http://www.novaeletronica.net/

http://www.sofisica.com.br/

http://www.brasilescola.com/

http://www.ceee.com.b/

http://www.feiradeciencias.com.br/

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