Lei de ohm

Experiência

Lei de Ohm

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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.

OBJECTIVOS • 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.

MATERIAL NECESSÁRIO Calculadora gráfica TI-83 Plus ou superior Interface CBL2 Cabos de ligação, crocodilos Sensores de voltagem e corrente

Fonte de tensão (5 V DC) Reóstato (max. 11 Ω) Resistências eléctricas (∼ 10 Ω, 20 Ω) Lâmpada de incandescência (6 V)

Figura 1

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QUESTÕES PRÉVIAS 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?

SOFTWARE 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 mensagem WAITING... No CBL2, pressione a tecla TRANSFER e aguarde a transferência da aplicação para a calculadora. Esta operação só tem de ser realizada na primeira utilização.

PROCEDIMENTO 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. b. c. d.

No menu principal seleccione SETUP. Seleccione ZERO no menu SETUP. Seleccione ALL CHANNELS no menu SELECT CHANNEL. 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.

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Lei de Ohm 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.

11. 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. b. c. d. e.

Pressione ENTER e seleccione 1: MAIN SCREEN para regressar ao ecrã principal.

Seleccione 4: ANALYZE no ecrã principal.

Seleccione 2: CURVE FIT em ANALYZE OPTIONS. Seleccione 6: LINEAR (CH2 VS CH1) no ecrã CURVE FIT. 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.

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TABELA Declive da recta de ajuste (V/A) Resistência A

Ω

Resistência B

Ω

Ordenada na origem (V)

Lâmpada (menores valores de I ) Lâmpada (maiores valores de I )

ANÁLISE 1. A intensidade da corrente que percorre cada uma das resistências A e B aumenta com o valor da diferença de potencial aplicada. Se essa relação for uma proporcionalidade directa, os dados deverão ajustar-se a uma linha recta passando na origem. Nestes dois casos, a ordenada na origem tem valor próximo de zero? Podemos dizer que há uma proporcionalidade entre a diferença de potencial e a intensidade da corrente? Em caso afirmativo, escreva, para cada caso, a equação na forma: V = constante x I. (Use um valor numérico para a constante.)

2. Compare a constante de cada uma das equações com o valor da resistência utilizada.

V em que V é a diferença de potencial nos I terminais da resistência e I é a intensidade da corrente que o percorre. R exprime-se em ohms (Ω), sendo 1 Ω = 1 V/A. A constante que determinou para cada equação deveria ser igual à resistência. Contudo, os valores das resistências têm uma tolerância, normalmente à volta de 5%. Verifique qual a tolerância dos valores das resistências usadas e determine o intervalo de valores possíveis. A constante da equação, em cada caso, situa-se nesse intervalo?

3. A resistência, R, define-se como R =

4. As duas resistências usadas obedecem à lei de Ohm? Fundamente a sua resposta nos resultados experimentais.

5. O que aconteceu à intensidade da corrente que atravessava a lâmpada, quando a diferença de potencial aumentou? A variação foi linear? Tomando o declive da recta de ajuste como uma medida da resistência, diga o que aconteceu à resistência quando a diferença de potencial aumentou. Como a lâmpada brilha mais quanto maior a temperatura do seu filamento, como varia a resistência com a temperatura?

SUGESTÕES 1. Investigue o comportamento de outros dispositivos eléctricos, como díodos e LEDs. 2. Experimente usar uma fonte de tensão AC de baixa tensão e obtenha novamente um gráfico de V em função de I. Compare os resultados com os obtidos no circuito anterior, em que a fonte utilizada era DC.

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