Experimento da Lei de Ohm: Estudo e Análise

Estudantes Estudante 1 Rafael Souza Peixoto Estudante 2 Saulo Marques dos Santos Docente Marcos Melo de Almeida EXPERIMENTO LEI DE OHM Introdução No seguinte experimento foram realizadas medidas a fim de estudar a primeira lei de Ohm e resistências não lineares Para melhor explicar o experimento é preciso entender alguns conceitos Corrente elétrica é o fenômeno físico em que os portadores de carga elétrica como elétrons são conduzidos pelo interior de algum material em razão da aplicação de uma diferença de potencial elétrico Resistência Elétrica é definida como a capacidade que um corpo tem de se oporse à passagem da corrente elétrica A unidade de medida da resistência no SI é o Ohm Ω em homenagem ao físico alemão George Simon Ohm e representa a razão voltAmpére Tensão Elétrica ou diferença de potencial ddp é a quantidade de energia gerada por pilhas ou baterias que movem cargas elétricas para o restante do circuito elétrico sendo de suma importância par a o funcionamento dos circuitos Ela é medi da em Volt e calculada por meio da primeira lei de Ohm Resistor ôhmico é aquele que segue a Lei de Ohm a qual diz que quando se mantém a temperatura constante a razão ou seja a própria resistência elétrica também se mantém constante Termistor é um elemento sensor de tem peratura composto por material semicondutor sinterizado capaz de exibir u ma grande alteração de resistência proporcional a pequenas alterações de temperatura Os termistores geralmente apresentam coeficiente de temperatura negativo o que significa que a resistência do termistor diminui à medida que a temperatura aumenta O para realizar o experimento da lei Ohm os seguintes materiais foram utilizados 1 placa Arduino Mega 1 fonte de alimentação para placa Arduino 1 protoboard de 400 pontos 1 display LCD 16X2 4 cabinhos de ligação machofêmea 5 cabinhos de ligação machomacho 2 resistores 220 Ω 2 resistores 560 Ω 1 resistor de 1000 Ω 1 multímetro Figura 1 Montagem do circuito utilizando Arduino e LCD display Abaixo uma placa protoboard de 400 pontos para conexão entre os componentes eletrônicos e o Arduino Basicamente o experimento consiste em Utilizando a primeira lei de Ohm estimar a resistência equivalente Req do circuito para cada uma das medidas realizadas em sala calcular as razões entre V e Rn utilizando a primeira de lei de Ohm e estimar a corrente que passa sobre cada um dos resistores Dados e resultados 21 Corrente X Resistência Na primeira parte do experimento foi montado um circuito como na figura 1 onde utilizamos um multímetro aparelho que mede grandezas elétricas para medir a corrente produzida por diferentes associações de 5 resistores em série tais resistores obedecem a um código específico de valor A alocação dos resistores na placa estudada segue a sequência da imagem abaixo De posse dessas informações podemos criar uma tabela com as seguintes informações Rn Resistência nominal equivalente RI Resistor Req Resistência equivalente I Corrente elétrica V0 Tensão Lei de Ohm Req V0 I As incertezas σ foram calculadas por meio das seguintes fórmulas Associação em série de resistores 005R2n Resistor equivalente σReq Req 0001 V0² 001 I² Medida Indireta σM Mρσxx² qσyy² rσzz² Temos Medida RI Rn σRn kΩ I σI mA Rreq σReq kΩ 1 100 005 487 001 1027 0003 2 022 005 400 001 125 000 3 056 006 272 001 184 001 4 022 006 240 001 208 001 5 056 007 186 001 269 002 Como o valor de R² deu um valor próximo de 1 podemos afirmar que os dados obtidos estão satisfatórios De acordo com a proporcionalidade quanto maior o denominador sendo o numerador inalterado o valor total será reduzido levando essa lógica para fórmula da lei de ohm temos Essa lógica também pode ser percebida tanto na tabela quanto no gráfico tornando os dados bastante satisfatórios em relação à lei de ohm 22 Tensão X Resistência Na 2 parte do experimento fizemos a medida da ddp entre o ponto de barramento e os pontos onde os resistores estão conectados Assim foi adquirido os valores de RN resistência nominal e V tensão A partir desses valores foi construído a tabela abaixo Analisando o gráfico e 1º lei de ohm é possível notar que quanto maior a tensão maior a resistência Por isso ele se comporta de forma linear uti lizando o excel foi possível definir a equação da reta dessa relação Onde o coeficiente angular indica a corrente que percorre cada resistor e o coeficiente linear é a incerteza das medidas Ao comparar o valor da corrente medido indicado pelo ajuste com o valor da corrente medida no circuito através do multímetro podemos afirmar que o mesmo não se mostra compatível pois está fora do intervalo de 0 05 que utilizamos como critério de compatibilidade Discussão Final Todos os elétrons têm o mesmo deslocamento e a mesma variação de potencial elétrico Portanto o módulo da variação da energia potencial elétrica de todos os elétrons que atravessaram a área é a mesmo 30 O para realizar o experimento de resistências não lineares os seguintes materiais foram utilizados LISTA DE MATERIAIS 1 placa Arduino Mega 1 fonte de alimentação para placa Arduino 1 protoboard de 400 pontos 1 display LCD 16X2 4 cabinhos de ligação machofêmea 4 cabinhos de ligação macho 1 resistor de 1000 Ω 1 termistor ntc de 1000 Ω 1 potenciômetro de 10 kΩ 1 multímetro 31 Tensão X Resistor Ôhmico Foi montado o circuito na protoboard e medimos a ddp sobre o resistor de 1 Ω que chamamos de R Utilizando o multímetro que está ligado em série medimos a corrente que passa através do resistor IR Para realizar estas medidas variamos o contato do terminal central do potenciômetro já que o resistor de 1 kΩ e o multímetro encontramse ligados em paralelo com o contato do potenciômetro ligado ao barramento e o contato central O potenciômetro funciona como um divisor de tensão ao mudarmos a posição contato central do potenciômetro mudamos a ddp que alimenta o trecho formado pelo resistor e o multímetro Foi medido valores de IR entre 050 mA e 450 mA variando estes valores em 050 mA Com os dados obtidos foi possível construir a tabela abaixo Também foi calculado a resistência experimental do resistor de 1 kΩ a partir da primeira lei de Ohm Utilizando a seguinte expressão Os valores obtidos foram apresentados na tabela 03 Ao analisarmos os valores encontrado da resistência experimental do resistor é possível verificar que esses resultados são muito próximo ao valor conhecido do nosso resistor que é de 10 kΩ Com os dados da tabela foi construído um gráfico da tensão sobre o resistor de 1 kΩ VR em função da corrente através do circuito IR esses dados se encontram na cor azul já que no mesmo gráfico também foi utilizado os dados da 2º parte do experimento Ao analisar a linha azul e sua equação ao lado VR é possível observar que ela tem a característica desejada já que por se tratar de um resistor ôhmico onde a corrente que flui por um resistor é proporcional à tensão aplicada logo o esperado era uma função linear entre essas duas grandezas 32 Tensão X corrente de um termistor Repetindo o processo acim a e trocando o resistor de 1kΩ por um termistor de 1 kΩ temos os seguintes valores Tal afirmação pode ser observada claramente na tabela acima É possível observar que o termistor não obedece a lei de ohm já que a sua resistência pode depender de outras propriedades como por exemplo a temperatura No gráfico acima é possível notar a diferença entre a tensão x corrente do resistor na cor azul e o termistor na cor vermelha podemos notar que a curva vermelha não se mostra linear já que não tem uma relação de proporcionalidade entre os dois Usando o excel foi possível linearizar utilizando uma função polinomial e o coeficiente linear é a resistência estimada que foi 00702 o fator dele ser negativo significa que a resistência do termistor diminui à medida que a temperatura aumenta enquanto o nosso menor valor encontrado de resistência utilizando a fórmula foi 00751 sendo valores bem próximo Uma curiosidade bem interessante que foi observada no termistor NTC de 1000Ω a 25 ºC é sua relação de dependência entre resistência e temperatura Tal dependência foi observada ao tratar os dados coletados em laboratório onde é demonstrado que a resistência elétrica diminui suavemente com o aumento da temperatura sendo assim possível construir um termômetro baseado num termistor O comportamento da resistência elétrica em função da temperatura para um termistor NTC típico não é linear o que exige a aplicação de alguma estratégia de linearização de sua curva característica que pode ser descrita aproximadamente como em que R é a resistência elétrica do termistor à temperatura absoluta T e A e B são constanstes características do termistor 40 Conclusão A partir da realização dos experimentos ti vemos a oportunidade de observar de forma clara e satisfatória como não só a lei de ohm funciona mais sim como amperímetros termistores e resistores funcionam em diferentes situações Observando como funciona tais fórmulas grandezas físicas e aparelhos tivemos nossas expectativas alcançadas de forma satisfatória m esmo com dificuldades iniciais no manuseio dos equipamentos e os dados errados sem explicação no primeiro experimento Nesse bloco foi muito interessante observar e estudar a r elação de ddp e corrente utilizando a lei ohm Outro fato muito importante de estudar neste bloco foi que o potencial é diretamente proporcional à corrente e à resistência a resistência é diretamente proporcional ao potencial mas é inversamente proporcional à corrente e a corrente é diretamente proporcional ao potencial mas é inversamente proporcional à resistência