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Experiência 1

Física com a Calculadora 1 - 1

Lei de Ohm

A relação fundamental entre as grandezas eléctricas intensidade da corrente, diferença de potencial e resistência, foi descoberta por Georg Simon Ohm. Tanto a relação, como a unidade de resistência, receberam o seu nome, em homenagem à sua contribuição para a Física. Uma afirmação da lei de Ohm é que a intensidade da corrente que atravessa uma resistência é proporcional à diferença de potencial nos seus terminais. Nesta experiência poderá testar a validade desta lei para diversos circuitos, usando sensores de corrente e voltagem e a sua calculadora gráfica.

Estas grandezas podem ser de difícil compreensão, pois não são directamente observáveis. Para clarificar estes termos, algumas pessoas recorrem a analogias entre os circuitos eléctricos e canalizações de água. Contudo, nem a corrente eléctrica é um fluído, nem os electrões se movimentam livremente no circuito: apesar da propagação de energia se dar a velocidades próximas da velocidade da luz, os electrões avançam lentamente no circuito, apenas alguns milímetros por segundo.

• Determinar a relação algébrica entre a intensidade da corrente, a diferença de potencial e a resistência, num circuito simples.

• Comparar o comportamento de uma resistência (resistor) com o de uma lâmpada eléctrica, face à lei de Ohm.

Calculadora gráfica TI-83 Plus ou superior Fonte de tensão (5 V DC) Interface CBL2 Reóstato (max. 1 Ω) Cabos de ligação, crocodilos Resistências eléctricas (∼ 10 Ω, 20 Ω) Sensores de voltagem e corrente Lâmpada de incandescência (6 V)

Figura 1

Experiência 1

1 - 2 Física com a Calculadora

1. O que é um circuito eléctrico? A que condições deve obedecer para ser percorrido por uma corrente eléctrica?

2. Como se monta um amperímetro num circuito? Porquê? E um voltímetro? Porquê?

3. Se, no circuito da Figura 1, variarmos a posição do cursor do reóstato, o que podemos observar nos aparelhos de medida? Porquê?

mensagem WAITINGNo CBL2, pressione a tecla TRANSFER e aguarde a

A calculadora deve ter a aplicação DATAMATE instalada. Ligue a calculadora e pressione a tecla APPS. Caso a aplicação não conste na lista (após efectuar a ligação da calculadora ao CBL2), pressione em sequência as teclas 2nd e LINK; com as setas de navegação, seleccione a opção RECEIVE e pressione a tecla ENTER: surgirá a transferência da aplicação para a calculadora. Esta operação só tem de ser realizada na primeira utilização.

1. Monte o circuito esquematizado na Figura 1. Atenção: deve respeitar a polaridade das ligações indicada nos sensores! Não ligue, para já, a fonte de tensão e coloque o cursor do reóstato na posição de resistência máxima.

2. Ligue o sensor de corrente ao canal 1 e o sensor de voltagem ao canal 2 da interface

CBL 2. Use o cabo fornecido para ligar a interface à calculadora gráfica; empurre firmemente ambas as extremidades do cabo para efectuar a ligação.

3. Ligue a calculadora. Execute o programa DATAMATE. Procure-o em APPS, seleccione-o com as setas de navegação e prima ENTER. Pressione a tecla CLEAR.

4. A interface deverá ter detectado automaticamente o sensor de corrente no canal 1 e o sensor de voltagem no canal 2.

5. É conveniente calibrar o zero dos sinais recebidos nos dois canais. Para isso, mantendo a fonte de tensão desligada:

a. No menu principal seleccione SETUP. b. Seleccione ZERO no menu SETUP. c. Seleccione ALL CHANNELS no menu SELECT CHANNEL. d. Prima ENTER.

6. No ecrã principal poderá agora ver leituras da intensidade de corrente e da diferença de potencial, com uma actualização a cada segundo. Regule a fonte de tensão DC para 0 V e ligue o respectivo interruptor. Aumente gradualmente o valor da tensão para cerca de 5 V, observando no ecrã da calculadora a evolução dos valores indicados. Que tipo de relação pensa existir entre a diferença de potencial nos terminais da resistência e a intensidade da corrente que a atravessa?

7. Registe o valor da resistência A utilizada, na Tabela (consulte uma tabela de cores).

8. Terá agora de escolher o modo de recolha de dados, de modo a que apenas sejam guardados valores quando assim o desejar:

a. Seleccione SETUP no ecrã principal.

Lei de Ohm

Física com a Calculadora 1 - 3 b. Use as setas de navegação para seleccionar MODE e prima ENTER. c. Escolha SELECTED EVENTS no menu SELECT MODE. d. Seleccione OK para voltar ao ecrã principal.

9. Para obter o primeiro conjunto de valores:

a. Seleccione START no ecrã principal.

b. Mantenha a fonte de tensão regulada para cerca de 5 V e posicione o cursor do reóstato numa das posições extremas. Pressione ENTER.

10. Obtenha mais seis conjuntos de valores; para isso:

a. Desloque o cursor do reóstato, cerca de 1/6 do comprimento total. b. Pressione ENTER. c. Repita este processo até chegar ao fim do reóstato.

d. Após o último ponto, pressione STO para terminar a recolha de dados.

1. Desligue a fonte de alimentação.

12. Para visualizar um gráfico da diferença de potencial em função da intensidade da corrente:

a. Use as setas de navegação para seleccionar CH2 VS. CH1. b. Pressione ENTER.

13. Existe uma proporcionalidade entre a diferença de potencial e a intensidade da corrente, para esta resistência? Em caso afirmativo, faca um ajuste linear aos dados:

a. Pressione ENTER e seleccione 1: MAIN SCREEN para regressar ao ecrã principal. b. Seleccione 4: ANALYZE no ecrã principal. c. Seleccione 2: CURVE FIT em ANALYZE OPTIONS. d. Seleccione 6: LINEAR (CH2 VS CH1) no ecrã CURVE FIT.

e. Registe os valores do declive e ordenada na origem, da recta de ajuste, na Tabela; não esqueça as respectivas unidades.

f. Pressione ENTER para ver o gráfico, com a recta de ajuste sobreposta.

g. Para regressar ao ecrã principal, pressione novamente ENTER e seleccione 1: RETURN TO MAIN SCREEN.

14. Repita os passos 9 – 13 usando uma resistência B de valor diferente.

15. Substitua a resistência por uma lâmpada de 6 V e repita o procedimento, de 9 -13.

16. Use as setas de navegação para percorrer o gráfico. O declive parece-lhe constante?

Use dois pontos do início do gráfico (menores valores de I ) para estimar o valor do declive; faça o mesmo com dois pontos do final do gráfico (maiores valores de I ). Registe os valores na Tabela; não esqueça as unidades.

Experiência 1

1 - 4 Física com a Calculadora

Declive da recta de ajuste (V/A)

Ordenada na origem (V)

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