Primeira lei de ohm - relatório 1 lei de ohm

Primeira lei de ohm - relatório 1 lei de ohm

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

Alunos:

EDSOM DE JESUS SANTOS

ISABELLA SANTOS FARIAS

LUANA SANTOS LIMA

LUCAS MESQUITA DE SOUZA

MARÍLIA ESTEVVÃO DOS SANTOS

THAMIRES JUST ANDRADE

Primeira Lei de Ohm

SÃO CRISTÓVÃO

2013

EDSOM DE JESUS SANTOS

ISABELLA SANTOS FARIAS

LUANA SANTOS LIMA

LUCAS MESQUITA DE SOUZA

MARÍLIA ESTEVVÃO DOS SANTOS

THAMIRES JUST ANDRADE

Primeira Lei de Ohm

Relatório de laboratório apresentado à Universidade Federal de Sergipe, Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Departamento de Física, como um dos pré-requisitos para a conclusão da disciplina Laboratório de Física B.

Orientador: Professor Marcos Aurélio

Data do experimento: 3 de Julho de 2013

São Cristóvão

2013

Introdução

No início do século XIX, Georg Simon Ohm verificou experimentalmente que, para alguns condutores, a relação entre a tensão aplicada (V) e a corrente elétrica (I) é uma proporção direta. A constante de proporcionalidade desta relação foi denominada resistência elétrica do material. A resistência elétrica e é dada em V∕A, usualmente abreviada por ohm (Ω). Assim, de acordo com os experimentos de Ohm,

V=RI

1

A Lei de Ohm não é uma lei de fundamental, mas uma forma de classificar certos materiais. Os materiais que obedecem à 1ª Lei de Ohm,sintetizada pela Equação 1, são ditos ôhmicos. Para estes materiais, o comportamento do gráfico V X I é uma reta, cuja inclinação corresponde ao valor da resistência elétrica do material. A resistência elétrica de um material está relacionada com o quanto esse material resiste à passagem de corrente elétrica. Como exemplos de materiais ôhmicos, serão estudados os resistores ôhmicos. A obtenção da curva V X I permitirá verificar a proporcionalidade entre a tensão aplicada e a corrente elétrica do circuito.

O valor da resistência de um dado resistor é estabelecido através de um código de cores, mostrado na. As duas primeiras cores representam os dois primeiros dígitos no valor da resistência, a terceira cor representa a potência de 10 que o valor deve ser multiplicado e a quarta cor é a tolerância no erro de fabricação. Por exemplo, o resistor mostrado na Figura 1.cujas quatro cores são amarelo, violeta, laranja e prata têm uma resistência de 47.000 Ω ou 47 kΩ, com uma tolerância de 10%, o que equivale a 10% de 47000 = 4700 Ω.

Figura 1.: Resistor com resistência elétrica igual a 47000 Ω = 47 kΩ.

Assim podemos escrever:

R=47,0±4,7kΩ

Tabela 1.: Código de cores para resistores.

Cor

1ª faixa

2ª faixa

3ª faixa

(Multiplicador)

4ª faixa

(Tolerância)

Preto

0

0

100

Marrom

1

1

101

1%

Vermelho

2

2

102

2%

Laranja

3

3

103

Amarelo

4

4

104

Verde

5

5

105

Azul

6

6

106

Violeta

7

7

107

Cinza

8

8

108

Branco

9

9

109

Ouro

10-1

5%

Prata

10-2

10%

Sem cor

20%

Materiais que não obedecem à Lei de Ohm são denominados não ôhmicos. A relação entre a corrente elétrica e a tensão para esses materiais não obedece a nenhuma relação específica e sua representação gráfica pode ser qualquer tipo de curva, exceto uma reta. Um exemplo deste material é o diodo de junção pn, cujo comportamento será estudado nesta prática. Dentre os diodos de junção pn, existe uma classe especial que é denominada LED (diodos emissores de luz). Para estes dispositivos, a aplicação de uma polarização direta(tensão direta) com valor superior a determinado limiar permite a passagem de uma corrente elétrica. Quando uma corrente atravessa a junção o processo de recombinação dos portadores de carga faz com que ocorra a emissão de luz, com freqüência muito bem definida e dependente do tipo de material usado no semicondutor. Assim, a cor da luz do LED não vem do plástico que o envolve, mas depende do material semicondutor usado e das impurezas adicionadas ao material. Se um LED usa plástico vermelho, é porque este plástico tem a mesma cor da luz emitida e não é ele que determina essa radiação; LEDs com plástico transparente ou branco podem emitir luz de diversas cores.

A mostra a estrutura de um LED, onde são evidenciados o catodo (-) e o anodo (+). Esse dispositivo estará polarizado diretamente quando o anodo for positivo em relação ao catodo.

Figura 2.:Estrutura interna de um LED e representação simbólia

A resistência elétrica de um LED varia com a tensão aplicada. Assim, quando o LED começa a conduzir, sua resistência elétrica cai causando um aumento muito rápido da corrente. Para que não haja queima do dispositivo, utiliza-se um resistor limitador ligado em série com o LED, como pode ser visto na, correspondente a uma das montagens desta aula. O valor deste resistor será determinado por meio da seguinte equação:

Nos metais a resistividade aumenta com o aumento de temperatura, já nos isolantes aumenta com a diminuição da temperatura e nos semicondutores possui resistividade intermediária entre a de um metal e um isolante.

R=V-VLEDI

2

onde R é a resistência que deve ser ligada em série com o LED;V é a tensão contínua de alimentação;VLED é a queda de tensão no LED, dada pela tabela 2; e I é a corrente no LED.

Tabela 2.: Tensão limiar para emissão de luz em diferentes LEDs

Cor

Infravermelho

Vermelho

Laranja

Amarelo

Verde

Azul

Branco

VLED (V)

1,6

1,6

1,8

1,8

2,1

2,7

2,7

A corrente com que um LED trabalha é dada pelo fabricante. Geralmente, esta corrente está entre 6 e 20 mA. No nosso experimento, vamos supor que a corrente de funcionamento do LED seja 10 mA, a tensão na fonte no máximo 10 V e a tensão limiar do LED em torno de 2 V. Esse valor é adequado para a maioria dos LEDs comerciais. Desta maneira, para garantirmos que o LED funcionará sem correr o risco de queimar devemos usar um resistor com R pelo menos igual a:

R=V-VLEDI=10-210x10-3=810-2=800 Ω

3

Objetivo

O objetivo desta atividade prática é contribuir para a compreensão da 1ª Lei de Ohm e ensinar a manusear o multímetro na função ohmímetro.

Materiais e Métodos

Os materiais necessários para realização deste experimento são:

- Fonte de tensão elétrica;

- Cabos;

- Multímetro; Jumpers;Placa de teste; LEDs;Resistores.

Roteiro Experimental:

1ª Parte:Determinação dos valores de resistência.

  1. Escolheu-se 3 resistores (evitando escolher resistores com valores nominais de resistência inferiores a 200, para evitar correntes que pudessem danificar os multímetros e os próprios resistores).

  2. Determinou-se os valores de resistência e tolerância nominal, baseado no código de cores, de cada um dos resistores (escolha três valores distintos de resistência).

  3. Baseado nos valores calculados no item ii, determinou-se a melhor escala para medida de cada resistência no multímetro (utilizando a função de Ohmímetro).

  4. Utilizando as escalas escolhidas, efetuou-se a medida de cada resistência com o multímetro, repetindo 3 vezes a medida para cada resistor, e anotou-se os valores na tabela 3

2ª Parte: Circuito com resistor.

  1. Para cada uma das tensões nominais sugeridas na , calculou-se o valor esperado de corrente elétrica, utilizando a 1ª Lei de Ohm. Avalie os maiores valores de correntes esperados e analise a compatibilidade destes valores com o valor máximo tolerado pela entrada de mA do amperímetro.

  2. Montou-se o circuito de acordo com a, seguindo os procedimentos de segurança aprendidos na aula anterior

Figura 3.: Esquema de ligação do circuito com resistor da experiência de 1ª Lei de Ohm.

  1. Escolheu-se o primeiro resistor e a escala mais adequada para medida no amperímetro e no voltímetro com base nos valores determinados no item i.

  2. Apliquou-se no circuito cada um dos valores de tensão nominal sugeridos na e meça 3 vezes os valores corrente elétrica, utilizando sempre a escala mais adequada.

Os passos de iv e v foram repetidos para os dois outros resistores.

3ª Parte: Circuito com resistor e LED.

  1. Para cada uma das tensões nominais sugeridas na, calculou-se o valor de corrente elétrica esperado pela 1ª Lei de Ohm, considerando apenas a resistência do resistor. Comparando os valores estimados de corrente desprezando o LED com os valores medidos, será possível observar a magnitude da alteração do comportamento elétrico do circuito após a introdução do LED.

  2. Montou-se o circuito de acordo com a, inserindo um LED e utilizando um resistor de 1000 Ω. Você sabe a importância do valor da resistência desse resistor. Se tiver dúvida quanto a este valor, use o ohmímetro para determiná-lo.

Figura 4.: Esquema de ligação do circuito com resistor e LED da experiência de 1ª Lei de Ohm.

  1. Escolhseu-se a escala de 200 mA no amperímetro.

  2. Variou-se a tensão total aplicada no circuito de 0 a 10V (neste caso, excepcionalmente, devendo verificar a variação de tensão no mostrador digital da fonte) e observe o que acontece. (Tomando cuidado para não ultrapassar a tensão de 10 V).

  3. Inverteu-se os pólos de ligação do LED e varie novamente a tensão de 0 a 10 V, observando novamente o que acontece.

  4. Montando o LED no circuito com a polaridade na qual ele “acende”, mediu-se 3 vezes os valores de corrente elétrica para cada valor nominal de tensão sugeridos na, escolhendo, para cada medida, a escala mais adequada no amperímetro. Neste caso, os valores de tensão sugeridos referem-se a diferença de potencial no LED e você deve medir utilizando o voltímetro posicionado conforme figuura 4.

  5. Considerando os valores das grandezas medidas no LED, calculou-se o valor da resistência para cada valor de tensão.

Resultados e Discussão

Diferença percentual

  • Resistor Nº 1

  • Resistor Nº 2

  • Resistor Nº 3

Usando a fórmula abaixo comparou-se os valores de resistências obtidos através das faixas de cores, com os valores medidos no ohmímetro. Observou-se que todos os resistores estão dentro da faixa de tolerância nominal que é de 5%, exceto o resistor nº 3, pois o seu valor deu negativo.

E% - Erro Percentual

RNom - Resistência Nominal

RMed - Resistência Medida

2ª Parte : Circuito com resistor

De acordo com a Primeira Lei de Ohm, espera-se que o comportamento do Gráfico V x I para os resistores seja uma reta, e a inclinação dessa reta deve corresponder ao valor da resistência elétrica do material.

  • Fonte: Gráficos criados utilizando o software SciDAVIs.

Figura 4: Gráfico referente ao resistor Nº 1.

Figura 5: Gráfico referente ao resistor Nº 2.

Figura 6: Gráfico referente ao resistor Nº 3.

Os formatos da inclinação obtidos nos três gráficos foram de uma linha reta, onde a corrente elétrica (i) dos resistores é diretamente proporcional à tensão (v), ou seja, eles obedecem a 1ª lei de ohm.

O coeficiente angular dos gráficos foi obtido através do programa SCI DAVIS, o qual foi utilizado para construir os gráficos e a partir deles obter os coeficientes. O coeficiente angular das retas representa a resistência, sendo fácil de perceber isso comparando as expressões:  e que descreve a tensão em função da corrente num resistor com a lei de ohm vemos que “A” é o valor da resistência “R” e “B” tem que ser igual a zero. (A=R e B=0). Os coeficientes angulares dos Gráficos 1, 2 e 3 são respectivamente:

Resistor N1 R = 1,968

Resistor N2 R = 1,055 Ω

Resistor N3 R = 10,090 Ω

Sendo assim, temos que os valores das resistências são, respectivamente, aproximando-se dos valores obtidos na primeira parte. O significado físico do coeficiente angular em questão é a resistência do resistor.

3ª Parte : Circuito com resistor e LED.

Figura 7: Esquema de ligação do circuito com resistor e LED

Nesse circuito, o resistor que está em série 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.

Figura 8 : Gráfico referente ao resistor e LED associados em série

O formato obtido neste gráfico foi de uma linha não reta, onde modificando a tensão (v) também altera a intensidade da corrente elétrica (i), mas asduas grandezas não variam proporcionalmente, isto é, o gráfico não é uma reta e portanto ele não obedece a 1ª lei de ohm.

Conclusão

Na primeira parte os valores encontrados foram satisfatórios, pois observamos que apenas o erro percentual do Resistor nº 3 não está dentro da faixa de tolerância nominal. Na segunda parte como era esperado, notamos que a tensão aplicada  é diretamente proporcional a corrente elétrica do circuito , comprovando assim a 1ª Lei de Ohm. O coeficiente angular das retas determina os valores da resistência de cada resistor e que comparando com os valores da primeira parte do experimento, nota-se que os valores encontrados são bem próximos dos obtidos anteriormente. Na terceira parte o gráfico obtido foi uma curva, onde observamos que ao modificar a tensão  também altera a intensidade da corrente , mas não proporcionalmente, comprovando assim que o LED é um material não ôhmico, ou seja não obedece a 1ª Lei de Ohm.

Bibliografia

SERWAY, R. A.; JEWETT JR, J.W. Princípios de Física: Eletromagnetismo. Vol.3, São Paulo, 2009.

Mundo Educação. Disponível em: <http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/resistividade.htm>

http://www.infoescola.com/fisica/primeira-lei-de-ohm/.

Apostila de laboratório de Física B: Universidade Federal de Sergipe Professor: Marcos Aurélio Gomes Lopes.

Comentários