Relatório de Física III - Associação de Resistores

Relatório de Física III - Associação de Resistores

UFRB- UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA

BCET- BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL III

EXPERIMENTO III: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE E PARALELO

CRUZ DAS ALMAS,

MAIO 2011

UFRB- UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA

BCET- BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

LAHIRI LORDÃO

SAMILE RAIZA CARVALHO MATOS

VICTOR BARBOSA SANTOS BORGES

ANALISE DO CIRCUITO EM SERIE E EM PARALELO

Trabalho solicitado pela disciplina de Física III Prática, sobre orientação do professor Ariston Cardoso.

CRUZ DAS ALMAS,

MAIO 2011

INTRODUÇÃO

No experimento realizado, montamos e estudamos a física de circuitos elétricos formados por resistores e fontes de tensão. Neste, nos limitamos a analisar circuitos nos quais as cargas se movem sempre no mesmo sentido, conhecidos como circuitos de corrente contínua ou circuito CC. Para isso, montamos dois mini protótipos com diferentes distribuições de resistores, um em serie e o outro em paralelo. Sendo assim, para entender circuitos elétricos é importante ter conhecimento dos conceitos de corrente elétrica e de resistores.

A corrente elétrica é o movimento de partículas carregadas em um sistema condutor. Esse movimento ocorre quando existe uma diferença de potencial (ddp) no meio. Dessa forma, a presença de uma bateria ou uma fonte de tensão torna o potencial desigual no condutor, e gera um campo elétrico no interior do material, este campo exerce sobre os portadores de carga uma força que impulsiona os portadores de carga do material a se moverem preferencialmente em uma direção, produzindo assim uma corrente. Se as partículas carregadas se movimentam de forma ordenada temos uma corrente continua.

Ao aplicar a mesma diferença de potencial em materiais diferentes como vidro e prata. É possível notar que a corrente se comporta de forma diferente nesses materiais. Isto porque, são materiais que possuem valores de resistividade diferentes e com isso resistências diferentes. Como o próprio nome já diz resistência esta associado a dificuldade de passagem da corrente elétrica pelo condutor. Segundo a Lei de Ohm quando maior a resistência menor será a corrente passando pelo material.

Os resistores podem estar associado em um circuito em série ou em paralelo. Da associação em série temos que a corrente se mantém constante em todo o circuito e a soma do potencial nos resistores equivale a potencia da fonte. Já da associação em paralelo notamos que a corrente se divide igualmente se os resistores forem iguais ou proporcionalmente se eles possuírem valores diferentes e a potencia se mantém constante em todos os pontos.

Sendo assim, neste experimento tivemos como objetivo montar circuitos distintos e verificar as diferentes características que ele apresenta quando submetidos a uma dada tensão. Almejamos também identificar as configurações de corrente, potencia e resistência, nominal e real de um circuito série-paralelo.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

De tudo que será feito no experimento, trabalhamos anteriormente na teoria, ou seja, vimos um estudo formal de como se comporta cada componente e suas determinadas funções. É preciso entender o que será utilizado e ter uma visão mais elaborada do que será estudado no experimento. Portanto a construção de um circuito elétrico, como ele é formado, a sua composição e o seu comportamento em diferentes ocasiões são de fundamental importância.

Um circuito elétrico é um conjunto de aparelhos interligados eletricamente de forma apropriada. É constituído, pelo menos, por um gerador elétrico, que fornece a energia, por uma carga (ou receptor), que recebe energia e por condutores elétricos que interligam os aparelhos. O circuito elétrico mais simples pode ser assim constituído (por exemplo, uma lanterna elétrica constituída por uma pilha e por uma lâmpada), mas normalmente existem mais aparelhos no circuito, nomeadamente, aparelhos de corte e de proteção e em muitos casos aparelhos que produzem transformações nas grandezas elétricas.

Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica pelo mesmo, quando existe uma diferença de potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Lei de Ohm, e, segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em ohms. Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um condutor metálico, um número muito elevado de elétrons livres passa a se deslocar nesse condutor. Nesse movimento, os elétrons colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os elétrons encontram uma certa dificuldade para se deslocar, isto é, existe uma resistência à passagem da corrente no condutor. Para medir essa resistência, os cientistas definiram uma grandeza que denominaram resistividade elétrica.

Fatores que determinam a resistência de um condutor:

  • A resistência de um fio condutor depende dos seguintes fatores:

  • Do material de que é constituído o fio. Cada material é caracterizado

por uma propriedade chamada de resistividade, representada pela letra grega r.

  • Do comprimento. Um fio de 20 cm de comprimento tem uma resistência

4 vezes maior do que um fio de 5 cm do mesmo material e com o mesmo diâmetro.

  • Do diâmetro do fio. Quanto maior a área da seção transversal de um fio, menor a sua resistência. Um fio com diâmetro de 2 mm tem 1/4 da resistência de um fio de 1 mm de diâmetro.

  • Da temperatura. Quando aquecemos um fio de cobre de 0ºCa 100ºC a sua resistência aumenta cerca de 40%.

Associação de resistores em série

O resistor equivalente é calculado pela fórmula Rt= R1 + R2 + ... (está formula só é valida para associação de resistências em série) trocando em miúdos o valor da resistência equivalente é a soma dos valores da resistencia. Num circuito onde tenhamos duas resistências sendo R1 com valor de 100 Ohms e R2 com valor de 20 Ohms, portanto o valor da resistência total é de 120 Ohms, utilizando a formula teremos Rt= 100 + 20 Caso haja mais de dois resistores em série basta acrescentar os demais na fórmula e através de uma simples soma obtemos o valor da resistência equivalente:

Req = R1 + R2 + ... + Rn

Vale a pena lembrar que a corrente elétrica (I) permanece a mesma em todo o circuito, não variando seu valor nas extremidades dos resistores, mas isso é válido apenas para o circuito em série, no circuito em paralelo a corrente (I)diminui, porém a tensão ou ddp (V) permanece a mesma para todos os resistores.

Associação de resistores em paralelo

Os resistores podem ser combinados basicamente em três tipos de associações: em série, em paralelo ou ainda em associação mista, que é uma combinação das duas formas anteriores. Qualquer que seja o tipo da associação, esta sempre resultará numa única resistência total, normalmente designada como resistência equivalente - e sua forma abreviada de escrita é Req ou Rt. Características fundamentais de uma associação em paralelo de resistores:

  • mais de um caminho para a corrente elétrica;

  • A corrente elétrica se distribui entre os componentes do circuito;

  • A corrente total que circula na associação é a somatória da corrente de cada resistor;

  • O funcionamento de cada resistor é independente dos demais;

  • A diferença de potencial (tensão elétrica) é a mesma em todos os resistores;

  • O resistor de menor resistência será aquele que dissipa maior potência.

A fórmula para o calculo de qualquer circuito paralelo com qualquer quantia de resistores e qualquer valor é a que se segue abaixo:

Caso os valores dos resistores sejam iguais, a resistência equivalente é igual ao valor de uma das resistências dividido pelo número de resistores utilizados

R.eq. = R / N

onde N = Número de resistores, em outras palavras,

A Resistência Equivalente com dois resistores de valores diferentes pode ser definido da seguinte forma:

Para mais de dois resistores associados em paralelo deve-se aplicar a seguite equação:

MATERIAIS UTILIZADOS

  • 1 fonte de tensão

  • 1 painel para associação eletro eletrônica (figura 1)

  • Fios

  • Cabos

  • Multimetro

METODOLOGIA E ANÁLISE DO EXPERIMENTO

O experimento consistiu em analisar o comportamento dos resistores,quando neles são inseridas uma diferença de potencial (voltagem) e a partir desse fato, observar o comportamento da corrente elétrica que por eles passam. A montagem do circuito é de forma bem simples e prática, a qual, nesse experimento, foi formulada e dividida em duas partes. Primeiro para resistores iguais e alinhados em série, e a segunda parte para resistores iguais, só que dessa vez posicionados em paralelo.

1ª PARTE

Usando Painel para associações eletroeletrônicas (Figura 1), montamos um circuito com resistores de mesmo valor nominal. Para a montagem do circuito, utilizamos fios de cobre condutores. O circuito foi montado como segue na ilustração abaixo (Figura 2):

Figura

Figura 2

O circuito é dado por três resistores iguais e alocado em série. Com o auxílio da fonte de Tensão, inserimos no circuito uma “ddp” com o valor de 8V, e depois com o multímetro na função DC, medimos em cada resistor a voltagem que passa por eles (as quais somando-se nos fornece a tensão resultante total). Em seguida mudando a função, para medir corrente, observamos a corrente que atravessa o circuito em um ponto entre o 2º e 3º resistor. Poderia ser em qualquer ponto do circuito, pois como o circuito está montado com resistores em série, a corrente é a mesma para qualquer resistor e em qualquer ponto. A tabela abaixo fornece os dados estudados.

RESISTORES EM SÉRIE

RESISTOR

V = VOLTAGEM (V)

i = CORRENTE (μA)

1

(2,710,01)

(1,000,01)

2

(2,730,01)

(1,000,01)

3

(2,710,01)

(1,000,01)

TOTAL

(8,150,01)

(1,000,01)

Tabela 1

A partir dessa tabela concluímos que para esse circuito montado (Série), a voltagem total se subdivide em partes proporcionalmente com a quantidade de resistores, ou seja, a soma das voltagens dos resistores nos fornece a voltagem total que foi inserida no circuito. Já a corrente é igual para todos os resistores alocados e série.

2ª PARTE

Usando novamente o Painel para associações eletroeletrônicas (Figura 1) e os mesmos resistores da 1ª parte, posicionamos os resistores da maneira com que eles fiquem em paralelo, usando os fios de cobre condutores para a montagem do circuito como ilustrado na figura a seguir:

Figura 3

O circuito é dado por três resistores alocados em paralelo. Com o auxílio da Fonte de Tensão, inserimos no circuito uma “ddp” com o mesmo valor de 8V e logo em seguida, com o multímetro, medimos em cada resistor a voltagem que passa por eles. Posteriormente, mudando a função no multímetro para a análise da corrente, observamos o valor da corrente que atravessa o circuito em três pontos (indicados no Figura 3). O primeiro ponto é a corrente total do circuito (At), e os outros dois após a subdivisão da corrente em três pontos. A tabela abaixo nos fornece os dados encontrados:

RESISTORES EM SÉRIE

RESISTOR

V = VOLTAGEM (V)

i = CORRENTE (mA)

1

(8,20,1)

(76,40,1)

2

(8,20,1)

(82,40,1)

3

(8,20,1)

(81,20,1)

TOTAL

(8,20,1)

(240,00,1)

Tabela 2

A partir da análise dessa tabela, concluímos que, para circuitos montados com resistores em paralelo, a voltagem é a mesma para qualquer resistor, já a corrente total do circuito é dada pela soma das correntes que passam por cada resistor colocado em paralelo.

CONCLUSÃO

Após a realização dos estudos na aula teórica e do procedimento experimental realizado no laboratório, podemos de fato, ter a comprovação das seguintes características.

Na organização dos resistores montados em serie pôde-se observar que:

  • A soma das tensões nos componentes é igual a tensão total aplicada no circuito;

  • A resistência total é igual a soma das resistências de seus componentes;

  • O valor da corrente é o mesmo em todos os pontos do circuito.

Na organização em paralelo, constata-se que:

  • A soma da intensidade da corrente em diferentes pontos, equivale a corrente total aplicada no sistema.

  • Todos os componentes suportam a mesma voltagem.

Quanto aos erros de medida das grandezas calculadas, se deve ao fato de prováveis erros de medição, pois as ferramentas não nos garante um alto grau de certeza em relação as medidas observadas. Mas para um estudo rápido e uma análise breve, as medidas nos dão base concreta na qual realmente o experimento é desenvolvido.

REFERÊNCIAS:

Comentários