Electromagnetismo e Óptica

Relatório nº1 - CORRENTE CONTÍNUA - Verificação Experimental

da Lei de Ohm

Docente: José A. R. Pacheco de Carvalho

Grupo: 2

Autores: David Ludovino nº26675

Dinarte Quintal nº27231

Filipe Andrade nº26518

José Félix nº26490

Covilhã, 20 de Maio de 2012

2

Índice

Objectivos e Introdução Teórica__________________________________3

Material_____________________________________________________6

Metodologia Experimental_____________________________________11

Resultados__________________________________________________14

Análise e Discussão de Resultados_______________________________15

Conclusões_________________________________________________16

Bibliografia_________________________________________________17

3

Objectivos e Introdução Teórica

A corrente contínua é o fluxo ordenado de eletrões sempre numa

direção. Este tipo de corrente, permite a verificação da Lei de Ohm, que

supõe que a intensidade da corrente elétrica é dada pelo quociente entre

a diferença de potencial e a resistência elétrica do condutor. Neste

trabalho o objetivo principal passou pela familiarização com os conceitos

conceptualizados no decorrer das aulas teóricas, e a verificação

experimental das suas propriedades e aplicações, portanto, verificar a Lei

de Ohm para as resistências (R1, R2, R3).

Vamos agora fazer algumas considerações teóricas:

Lei de Ohm:

A lei de Ohm diz que a tensão V aos terminais dum componente

linear R é diretamente proporcional à corrente I que o percorre, sendo

essa constante o valor da resistência R ou seja V=R*I.

Intensidade de Corrente Elétrica:

A intensidade de corrente elétrica é o número de cargas elétricas

que atravessam uma secção transversal do circuito na unidade de tempo.

O símbolo de corrente elétrica é I e a unidade SI é o

ampere (A) em homenagem ao físico e matemático

4

francês André Ampère. Um ampere corresponde a um fluxo de carga de 1

Coulomb por segundo.

Quanto maior o número de eletrões a atravessar o condutor por

unidade de tempo, maior a Intensidade de Corrente.

Diferença de Potencial Elétrico:

A diferença de potencial elétrico (ddp) entre dois pontos é a medida

do trabalho que é necessário realizar para mover uma carga do ponto de

potencial mais baixo para o ponto de potencial mais alto, por unidade de

carga. O termo tensão também é usado para designar ddp.

O seu símbolo é V e a unidade de medida é o volt (V). Um volt é a

ddp que existe entre dois pontos num campo elétrico

quando é necessário realizar um trabalho de um joule

para deslocar uma carga de um coulomb entre esses dois

pontos.

Para medir uma ddp, toma-se como referência zero o potencial

elétrico da massa (zero local do aparelho ou circuito) ou da terra

(referência zero da rede elétrica).

Resistência:

Para certos materiais condutores e/ou para intensidades de

corrente relativamente reduzidas a corrente é diretamente proporcional à

ddp aos seus terminais:

5

A resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor

à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de

potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Primeira 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 eletrões livres passa

a se deslocar nesse condutor. Nesse movimento, os eletrões colidem

entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os

eletrões 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.

6

Material

Circuito:

Utilizamos como resistência um reóstato. Para 3 posições do cursor

do reóstato, (evitando-se por segurança, posições inferiores cerca de ¼ do

comprimento), determinamos as respetivas resistências.

Reóstato:

O reóstato é um dispositivo utilizado para variar a resistência de um

circuito, assim aumenta-se ou diminui-se, conforme o desejado, a

intensidade da corrente no circuito. Por definição o reóstato é um

dispositivo que pode variar a sua forma ou as suas dimensões, de modo a

obter uma resistência variável. O reóstato pode ser dividido em duas

classes.

Variação Contínua: O reóstato de variação contínua, comum

denominado de potenciómetro, apresenta uma resistência

que pode assumir qualquer valor entre zero e um dado o

valor máximo específico. Este tipo de reóstato é constituído

basicamente por um condutor de um determinado

comprimento e um cursor que se move ao longo do condutor.

Nestas condições, variando-se a posição do cursor, variamos

o comprimento do condutor logo variamos a resistência

elétrica.

7

Variação Descontínua: O reóstato de variação descontínua

somente pode assumir determinados valores de correntes do

facto de a sua construção ser feita a partir de um conjunto de

resistores com resistências bem determinadas.

Amperímetro:

O amperímetro é um instrumento utilizado para fazer a medida da

intensidade no fluxo da corrente elétrica que passa através da sessão

transversal de um condutor. A unidade usada é o Ampere.

Como a corrente elétrica passa através dos

condutores e dispositivos ligados a eles, para aferir a

corrente que passa por alguma região de algum circuito,

deve-se colocar o amperímetro em série com esta,

sendo necessário abrir o circuito no local da medida.

Para isso o amperímetro deve ter sua resistência

interna muito pequena, a menor possível. Se sua resistência interna for

muito pequena, comparada às resistências do circuito, consideramos o

amperímetro como sendo ideal. Assim, para as medições serem precisas,

é esperado que o amperímetro tenha uma resistência muito pequena

comparada às do circuito.

Figura 2 -Amperímetro.

Figura 1 – Reóstato

8

Os amperímetros podem medir correntes contínuas ou alternadas e

podem possuir várias escalas que permitem o seu ajuste para medidas

com a máxima precisão possível. Na medição de corrente contínua, deve-

se ligar o instrumento com o polo positivo no ponto de entrada da

corrente convencional, para que a deflexão do ponteiro seja para a direita.

Figura 3 – Circutos.

Voltímetro:

O voltímetro é um aparelho que realiza medições de tensão elétrica

num circuito e exibe essas medições, geralmente, por meio de

um ponteiro móvel ou um mostrador digital, de cristal líquido

(LCD) por exemplo. A unidade apresentada geralmente é o volt.

Muitos voltímetros, na verdade, são nada mais do que

amperímetros com alta resistência interna. O projeto dos

voltímetros é tal que, com sua alta resistência interna, introduzam o

mínimo de alterações no circuito que está sendo monitorizado. Assim

como um amperímetro indica a corrente que passa por ele, um voltímetro

indica a tensão entre seus terminais.

Para aferir a diferença de tensão entre dois pontos de um circuito,

convém colocar o voltímetro em paralelo com a secção do circuito

compreendida entre estes dois pontos.

Figura 4 – Multímetro

na função de

voltímetro.

9

Para não atrapalhar o circuito, sua resistência interna deve ser

muito alta, a maior possível. Se a sua resistência interna for muito alta,

comparada às resistências do circuito, consideramos o aparelho como

sendo ideal. Por isso, para as medições serem precisas, é esperado que o

voltímetro tenha uma resistência muito grande comparada às do circuito.

Voltímetros podem medir tensões contínuas ou tensões alternadas,

dependendo das qualidades do aparelho.

Figura 5 –Circuitos.

Fonte de Alta-Tensão

Todo dispositivo eletroeletrónico necessita de

energia elétrica para seu funcionamento. A fonte de

tensão é o lugar onde tais dispositivos buscam essa

energia que proporciona seu funcionamento. Dentre os

diversos tipos de fontes de tensão destacamos dois

grupos: as que fornecem tensão alternada e as que

fornecem tensão contínua. As de tensão alternadas são normalmente

aquelas que geram tensão por meio de indutores, como um

transformador de fio enrolado. As de tensão contínua podem ser as que

utilizam processos químicos, como as baterias de carro e pilhas, ou

proveniente da retificação da tensão alternada, ou seja, conversão da

tensão alternada em contínua por meio de componentes eletrónicos, os

Figura 5 -Fonte de

Tensão

10

díodos. No mundo moderno as fontes de tensão estão presentes por toda

a parte. A mais comum pode dizer que é a rede elétrica de nossa casa, ou

apartamento, com a qual interagimos todos os dias assim que ligamos

algum dispositivo eletrónico como a TV ou o micro-ondas.

11

Metodologia Experimental

Protocolo Experimental:

Montagem com Reóstato

Considere a montagem seguinte, que envolve uma fonte de tensão

com voltímetro Vf, um amperímetro A, um voltímetro V e o reóstato R de

330Ω.

Figura 6 – Montagem com o reóstato para verificar a lei de Ohm.

Procedimento experimental

a) Coloque o reóstato sucessivamente nas posições P1, P2 e P3. Para

cada posição aplique a tensão V a variar (unitariamente de 0V até

10V e calcule e meça as correspondentes corrente I (I1,I2,I3) e as

tensões no Voltímetro da fonte Vf (Vf1, Vf2, Vf3). Com os dados

obtidos preencha a tabela:

12

b)

Vol I Teóricos (Lei de Ohm) I Experimental (Amp.) Vf (Vuímetro) Estimação do

erro

V I1=V/R1 I2=V/R2 I3=V/R3 I1(P1) I2(P2) I3(P3) Vf1 Vf2 Vf3 ∆Vf1 ∆Vf1/V

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

Tabela 1 - Dados do reóstato para 3 posições P1, P2, P3

c) Com os dados da tabela anterior. Elabore um gráfico com as 3

curvas da corrente experimental I (I1, I2, I3) em função da tensão V

no Voltímetro ou seja I(I1, I2, I3) =f(V).

Figura 10- Gráfico com as 3 curvas (Lei de Ohm correspondente às 3

resistências R1, R2, R3)

13

Constante que se verifica a lei de Ohm para as 3 posições, ou seja,

trata-se de 3 retas de inclinação diferente, mas que passam de todas pela

origem.

d) Verifique, que a tensão Vf, medida pelo Voltímetro da fonte, tem

um erre variável relativamente à tensão medida pelo Voltímetro V.

Calcule o erro absoluto ∆Vf1=Vf1-V e relativo ∆Vf1/V. Justifique.

14

Resultados

a) e c)

I Teóricos (Lei de Ohm) I Experimental (Amp.) Vf (Voltímetro) Estimação do

erro

V I1=V/R1 I2=V/R2 I3=V/R3 I1(P1) I2(P2) I3(P3) Vf1 Vf2 Vf3 ∆Vf1 ∆Vf1/V

0.0 0 A 0 A 0 A 0 0 0 0 0 0 0

1.0 0,01 A 0,005 A 0,003 A 0,0092 0,0048 0,0033 0,94 0,96 0,99 0,963 0,963

2.0 0,02 A 0,01 A 0,006 A 0,0172 0,0093 0,0062 1,77 1,86 1,88 1,837 0,9185

3.0 0,03 A 0,015 A 0,01 A 0,0265 0,0144 0,0094 2,74 2,88 2,84 2,82 0,94

4.0 0,04 A 0,02 A 0,013 A 0,0347 0,0189 0,0127 3,58 3,80 3,83 3.74 0,935

5.0 0,05 A 0,025 A 0,016 A 0,0435 0,0236 0,0157 4,49 4,73 4,75 4,66 0,932

6.0 0,06 A 0,03 A 0,02 A 0,052 0,0282 0,0191 5,35 5,66 5,77 5,59 0,932

7.0 0,07 A 0,035 A 0,023 A 0,061 0,0328 0,0222 6,21 6,59 6,70 6,5 0,929

8.0 0,08 A 0,04 A 0,026 A 0,691 0,0376 0,0256 7,17 7,53 7,71 7,74 0,9675

9.0 0,09 A 0,045 A 0,03 A 0,0777 0,0423 0,0289 8,05 8,47 8,71 8,41 0,934

10.0 0,1 A 0,05 A 0,03 A 0,0864 0,0473 0,0318 8,95 9,48 9,60 9,34 0.934

b)

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0 5 10 15

I (A

mp

.)

Volts (V)

I vs V

1ª Posição (P1)

2ª Posição (P2)

3ª Posição (P3)

Varela...

15

Análise e Discussão de Resultados

Ao olhar para os resultados, é de ser salientar o facto de os valores

experimentais obtidos serem detentores de um desfasamento em relação

ao valor teórico, sendo no entanto, muito próximos, o que nos deixa

muito satisfeitos. Isto deve-se à pequena a indução de erros de medição

na recolha dos dados, quer pelo operador, quer pela imprecisão e alguma

má calibração dos equipamentos.

É com grande satisfação que verificamos que as retas traçadas no

gráfico são o que estávamos à espera, com o declive maior a ser

apresentado na reta da primeira posição, decrescendo posteriormente

para as outras duas posições, sendo a reta correspondente à posição P3, a

que menor declive apresenta.

Conforme pedido, apresentamos agora as equações de cada uma

das retas, isto é, a função I (v):

Posição P1: I (v) = 0.01121201v - 0.0001992

Posição P2: I (v) = 0.0053018v - 0.00004403

Posição P3: I (v) = 0.0034518v - 0.0001988

Algo que nos deixou muito satisfeitos, é o facto do erro cometido

em cada medição ser sempre inferior a 10%, o que demonstra que fizemos

bem a atividade laboratorial.

16

Conclusões

Para concluir, apenas referir que com as medições de voltagem lidas

no voltímetro, e com as intensidades de corrente medidas no

amperímetro, foi possível aplicar a lei de Ohm V=RI, obtendo a resistência

que estava selecionada no reóstato, verificando assim a Lei de Ohm,

sendo que este era o principal objetivo do trabalho.

17

Bibliografia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Ohm

http://www.infopedia.pt/$lei-de-ohm

http://www.deetc.isel.ipl.pt/electronica/leic/fae/teoria/leis/lei_oh

m_1.htm

Apontamentos das Aulas, J. A. R. Pacheco de Carvalho, UBI, 2010/2011