Experimento de Medidas Elétricas: Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff, Notas de estudo de Administração Empresarial

Baixe Experimento de Medidas Elétricas: Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff e outras Notas de estudo em PDF para Administração Empresarial, somente na Docsity! Diretoria de Ciências Exatas Laboratório de Física Roteiro 04 Física Geral e Experimental IV Experimento: Medidas Elétricas, Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff 2 1. Medidas Elétricas, Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff Nesta tarefa serão abordados os seguintes assuntos: a. Amperímetros e Voltímetros em circuitos elétricos; b. Lei de Ohm; c. Leis de Kirchhoff. 2. Objetivos a. Estudar as medidas elétricas com um multímetro digital: função amperímetro e voltímetro. Onde tem como objetivo estudar as resistências internas associadas às funções internas de um multímetro e sua inclusão em circuitos elétricos. b. Discutir a Lei de Ohm para resistores ôhmicos e não ôhmicos a partir da curva característica de cada componente resistivo. c. Discutir, também, as Leis da malha e dos nós (Leis de Kirchhoff) em um circuito puramente resistivo. 3. Material utilizado: a. Resistores diversos; b. Matriz de contato (protoboard); c. Fios para contato; d. Multímetros digitais; e. Lupa; f. Fonte de Tensão; g. Tabela com código de cores. 4. Medidas Elétricas A Figura 1 mostra um circuito elétrico com um resistor, um gerador, um amperímetro e um voltímetro. As funções do amperímetro e do voltímetro num circuito elétrico são, respectivamente, para medir a corrente e a tensão elétrica. No caso do circuito abaixo, a corrente que passa através do resistor e a tensão elétrica sobre este resistor. Uma conseqüência importante da inclusão de multímetros nos circuitos elétricos é que eles possuem uma resistência elétrica interna intrínseca. Amperímetros e Voltímetros funcionam a partir do desvio de corrente elétrica. Ou seja, eles modificam as correntes e tensões em um circuito, e, conseqüentemente, suas medidas. Tais aparelhos, cujas resistências internas não são nulas, são ditos não ideais. Na Figura 1 são mostradas duas opções de circuito elétrico para se medir a corrente e a tensão elétrica sobre um resistor. Dependendo da resistência elétrica a ser medida, um circuito é mais adequado que outro. Para altas resistências, o circuito A é mais adequado. Amperímetros possuem resistências elétricas muito baixas, cujos valores podem, em alguns casos, serem desprezíveis em relação à medida final da resistência estudada. Portanto, conhecer as resistências internas dos instrumentos utilizados é importante e ajuda a avaliar os resultados obtidos e fazer as correções necessárias. Para os dois circuitos, A e B, abaixo temos que as resistências internas dos aparelhos afetam da seguinte forma a resistência do circuito: RRR Amedido  e R 1 R 1 R 1 Vmedido  5 5.5. Em algumas ocasiões é necessário medir correntes elétricas cujas intensidades são maiores do que a intensidade superior de fundo de escala do amperímetro disponível. Quando isto ocorre, é usado, comumente, o recurso da resistência “shunt”, ou, resistência de desvio. Monte o circuito dado na Figura 5 e observe as seguintes relações: fe ii fe iR s R              s R s RR fe ii onde fe i é a corrente de fundo de escala no amperímetro. O potenciômetro acima é usado para proteger o circuito. 5.6. Com base no circuito da Figura 5, compare o valor teórico com as medidas para a tensão sobre a resistência shunt, a corrente total e a corrente no amperímetro. Para isso, complete a Tabela 2: Tabela 2: Medidas e cálculos de uma resistência shunt. Grandezas Medidas e cálculos Valores Teóricos Medidas Tensão (V) [V] Corrente (i) [A] Resistência (R) [Ω] ε A Rshunt i + - A fonte is i A V fonte Figura 5: Circuito para aplicação de uma resistência shunt e medida de corrente no fundo de escala de um amperímetro. 6 6. Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff 6.1. Lei de Ohm Os resistores são dispositivos eletrônicos construídos com a finalidade de oferecer resistência em um circuito elétrico e, conseqüentemente, dissipar energia. Os resistores podem ter valores fixos ou variados, como, por exemplo, o potenciômetro usado anteriormente. Para um resistor de valor fixo vale a relação: ii  R)V( Ou seja, a tensão elétrica aplicada e a correspondente corrente elétrica crescem linearmente. Esta relação é conhecida como a Lei de Ohm e resistores que obedecem a esta relação são ditos resistores ôhmicos. Resistores ôhmicos não dependem da tensão aplicada ou da corrente que o atravessa, bem como, do circuito utilizado ou de outras variáveis. Na categoria de resistores especiais estão os resistores cujo valor não é fixo, mas varia de acordo com alguma grandeza específica, por exemplo, a temperatura. Os principais são: Termistores: A resistência varia com a temperatura, diminuindo com o aumento desta. Também é conhecido por NTC, abreviação de "Negative Temperature Coeficient". Varistores: A curva característica V x I não é linear como os resistores comuns, saturando em uma tensão específica utilizada para proteção contra sobretensões. O varistor é conhecido também como VDR, de "Voltage Dependant Resistance". Fotoresistores: Neste caso a resistência varia com a luminosidade. São também conhecidos como LDR, de "Light Dependant Resistance". 6.2. Leis de Kirchhoff As Leis de Kirchhoff para circuitos elétricos são duas: Lei das Correntes e Lei da Tensão. Por circuito elétrico entende-se a combinação de componentes passivos e ativos, interligados entre si de forma a permitirem o fluxo de cargas elétricas desejado e/ou o potencial num dado componente terminal, designado de carga. Um circuito elétrico é constituído por malhas e nós. Por malha entende-se o circuito elétrico fechado, sem derivações e/ou ramificações, caracterizado pela corrente que passa em todos os seus ramos ser a mesma. Por nós entende-se o ponto de ligação de vários ramos onde confluem, de forma convergente e/ou divergente fluxo de cargas diferentes. No caso de se terem fontes de corrente continua, a polaridade é muito importante e define o sentido de circulação da carga (do pólo positivo para o pólo negativo, externamente). Por outro lado, o sentido da tensão gerada, será do pólo positivo para o negativo, internamente. Lei das Correntes: Derivada a partir do Princípio da Conservação da carga elétrica esta regra estabelece que a soma das correntes que chegam em um nó do circuito é igual à soma das correntes que saem deste nó. 7 Lei da Tensão: Derivada a partir do Princípio da Conservação da Energia, a lei da tensão estabelece que a soma de todas as tensões em uma malha de um circuito é nula. O conceito de malha e nó em um circuito elétrico pode ser visto nas Figuras 6a e 6b. 7. Procedimento Experimental 7.1. Monte o circuito da Figura 7. Em seguida, meça e calcule a corrente e a tensão elétrica sobre cada um dos seis resistores. Numere os resistores em ordem crescente dos seus respectivos valores de resistência elétrica. Complete as Tabelas 3 e 4. rfonte ε A fonte V fonte R1 R2 R3 R4 R6 R5 i1 i2 i3 + - i1 i2 i3 i A Figura 6a: Lei dos nós. 321 iiii  R1 R2 ε i + - Figura 6b: Lei das malhas. 0RR  -ii 21 Figura 7: Circuito para medida da corrente e da tensão elétrica sobre resistores.