Introdução Elementos Resistivos - Apostilas - Engenharia Eletrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Ronaldinho890
Ronaldinho8904 de Março de 2013

Introdução Elementos Resistivos - Apostilas - Engenharia Eletrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia elétrica sobre o estudo dos elementos resistivos, Lei de Ohm, objetivo, material utilizado.
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1. Introdução

Como a Eletrônica moderna, e, portanto boa parte de nossa tecnologia atual depende fundamentalmente do fato de existirem muitos dispositivos que não obedecem a lei de Ohm . Esta prática, tem o objetivo de familiarizar o estudante com estes tipos de materiais, para que possa entender o funcionamento e a característica de cada dispositivo resistivo e sabem emprega-los de maneira adequada .

2. Fundamentação Teórica

2.1 Lei de Ohm

“A lei de Ohm é a afirmação de que a corrente que atravessa um dispositivo é sempre diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada ao dispositivo”(HALLIDAY, RESNICK);

“Um dispositivo obedece à lei de Ohm se a resistência do dispositivo não depende do valor absoluto nem da polaridade da diferença de potencial aplicada” (HALLIDAY, RESNICK);

Estas definições podem ser interpretadas através dos seguintes gráficos.

Figura 2.1.1: Relação entre a diferença de potencial e a corrente que passa por um resistor.

O grafico2.1.1 a) apresenta uma reta linear, que passa pela origem, e tem a mesma inclinação durante toda a sua extenção, com seu valor medido pela razão V/i = tg α = R (resistência). Isso significa que a resistência do dispositivo é independente do valor absoluto e da polaridade da diferença de potencial aplicada. Portanto OHMICO!

O gráfico2.1.1 b) não apresenta uma característica linear, pois a razão entre V e i, não é constante, Logo sua resistência vai depender do valor da diferença de potencial aplicada. Portanto NÃO OHMICO!

2.2 Resistores PTC (Positive Temperature Coefficient) e NTC (Negative Temperature Coefficient)

Estes resistores NTC e PTC também são chamados de termistores ou termoresistores, são muitos utilizados como limitadores de corrente. São resistores cuja resistência diminui ou aumenta conforme o aumento na temperatura. A figura 2.2.1, apresenta algumas ilustrações destes resistores comerciais.

Figura 2.2.1: Alguns termoresistores comerciais

Figura 2.2.1: Alguns termoresistores comerciais

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A figura 2.2.2 Apresenta o símbolo de um termoresistor

Figura2.2.2: Símbolo de um termoresistor

Figura2.2.2: Símbolo de um termoresistor

Estes apresentam uma resistência variável, a relação entre a resistência e a temperatura, pode ser expressa por meio da equação 2.2.1

R = R0 [1 + α(T - T0) + β(T - T0)2 + γ(T - T0)3 +...] Equação 2.2.1

Onde R representa a resistência à temperatura T e R0 a resistência à temperatura T0. α β γ são os coeficientes cujos valores dependem da temperatura de referencia, eles serão positivos quando um aumento na temperatura provocar um aumento na resistência, isso ocorre no caso dos resistores PTC. Enquanto no NTC, o aumento da temperatura provoca uma redução no valor da resistência, consequentemente os coeficientes (αβγ), serão negativos.

A figura 2.2.3, ilustra a relação da resistência com a temperatura para os termoresistores.

Figura 2.2.3 : Curvas dos resistores PTC e NTC

Figura 2.2.3 : Curvas dos resistores PTC e NTC

2.3 Resistores VDR (Voltage Dependent Resistor)

Os resistores VDR, também conhecido como Varistor, apresentam a propriedade de oferecer resistência variável diante de diferentes tensões aplicadas. São normalmente utilizados na eliminação de picos de tensão, introduzidos nas linhas de alimentação durante as operações de ligação e desativação de aparelhos, descargas atmosféricas, acionamento de termostatos, entre outros... A figura 2.3.1 mostra um exemplo de um varistor.

Figura 2.3.1: Metal óxido varistor 385 V

Figura 2.3.1: Metal óxido varistor 385 V

O VDR é um dispositivo composto de grãos de óxido metálico polarizado, que, ao ser atingido sua tensão nominal de grampeamento, passa a alinhar os grãos de forma a permitir a passagem da corrente. Este alinhamento tem um comportamento não-linear, dividido em três fases.

1º o VDR tem uma resistência elevada de valor praticamente constante

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2º Passa a ter uma abrupta queda no valor de sua resistência

3º Após passar o 2º estágio, o Varistor volta a term uma resistência constante, mas muito baixa

O varistor é uma invenção derivada da descoberta da junção P-N, realizada nos laboratórios da Bell americana, em 1940, por Russel Ohl.

2.4 Célula foto resistivas (LDR)

Os LDR possuem uma superfície de Sulfeto de Cádmio(Cds) na qual apresenta diferentes valores de resistência elétrica, conforme a intensidade de luz incidente. A figura 2.4.1 apresenta a superfície e o símbolo de Um resistor LDR.

Figura 2.4.1: a) Superfície de um resistor de Sulfeto de Cádmio.

b) símbolo de um LDR.

Figura 2.4.1: a) Superfície de um resistor de Sulfeto de Cádmio.

b) símbolo de um LDR.

O sulfeto de cádmio ( CdS ) quando convenientemente preparado, tem na ausência de luz, pouquíssimos elétrons livres na sua estrutura cristalina. Nessas condições, a resistência ´e elevada e o material comporta-se como isolante. Entretanto, quando há incidências de luz, mesmo de pequena intensidade, a substância a absorve e isto ocasiona o aumento do número de elétrons livres e o CdS torna-se condutor elétrico. Cessada a incidências de luz, tais elétrons retornam ao estado inicial e a substância volta a se comportar como um isolante.

Os LDR são amplamente utilizados em vários circuitos e aplicações, por exemplo: são utilizados para ligar automaticamente as lâmpadas a vapor de mercúrio usadas na iluminação das ruas durante o anoitecer.

3. Objetivo

Distinguir elementos resistivos lineares e não lineares, através da analise experimental de suas curvas características.

Analisar a dependência da variação da resistência com a temperatura e iluminação para resistores de tungstênio, NTC (negative temperature coeficiente) e LDR.

4. Materiais Utilizados

* Fonte de Tensão;

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* Multímetro;

* Resistor de porcelana;

* Lâmpada 12V;

* Cabos e Jacarés;

* Termômetro;

* Sistema com NTC;

* Sistema com LDR.

5. Procedimento

5.1 Resistor de Porcelana e filamento metálico de lâmpada(PTC)

Foi medida a corrente de um resistor de porcelana e de um filamento metálico de lâmpada(PTC), com o auxilio do Multímetro (Amperímetro) e com uma variação de dois volts para o resistor de porcelana, e de um Volt para o PTC de acordo com as tabelas abaixo:

TABELA 1 E 2: KOITI

Através das tabelas foi plotado os seguintes gráficos.

Grafico 5.1.1: Relação entre tenção e corrente, para o resistor de Porcelana

Grafico 5.1.1: Relação entre tenção e corrente, para o resistor de Porcelana

Grafico 5.1.2: Relação entre tenção e corrente, para o filamento metálico de lâmpada

Grafico 5.1.2: Relação entre tenção e corrente, para o filamento metálico de lâmpada

Comparando os gráficos, observou-se que o resistor de porcelana apresenta um gráfico linear, portanto, classifica-se como um resistor ôhmico.

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Sua resistência, pode ser mensurada com o valor da tangente. Logo:

R = tg α = co/ca

R = (3.2 – 8.2) / (80 – 70) = 100Ω

Enquanto o resistor PTC apresenta um gráfico não linear, ou seja, não ôhmico. Sua resistência não apresenta um valor constante!

5.2 Resistor NTC

Mediu-se a resistência com Ohmímetro na temperatura ambiente (inicial), em seguida ligou-se o aquecedor que estava acoplado ao NTC, conforme a figura 5.2.1 e mediu-se sua resistência com intervalos de 2 oC e anotando-se seus valores na tabela 5.2.1:

Figura 5.2.1: Sistema para o aquecimento do resistor NTC

Figura 5.2.1: Sistema para o aquecimento do resistor NTC

Tabela 3: KOITI

Com esta tabela montou-se o gráfico da Resistência em função da temperatura

Gráfico 5.2.1: Relação da resistência com a temperatura para um resistor NTC.

Gráfico 5.2.1: Relação da resistência com a temperatura para um resistor NTC.

5.3 Resistor LDR

Figura 5.3.1: Sistema para o controle da intensidade de luz incidente no foto resistor.

Figura 5.3.1: Sistema para o controle da intensidade de luz incidente no foto resistor.

Montou-se o circuito da figura 5.3.1, em seguida ligou-se a fonte e introduziu-se no sistema uma tenção de 3V, na qual foi mensurado a resistência do LDR, a seguir foi-se afastando a lâmpada em intervalos de 1 cm, anotando-se os valores da resistência à nova distância na tabela 5.3.1.

TABELA 5.3.1: Koiti

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Por meio da Tabela 5.3.1 , plotou-se seu gráficoGráfico 5.3.1: Resistencia em função do inverso da distância ao quadrado

Gráfico 5.3.1: Resistencia em função do inverso da distância ao quadrado

Como não há meios de formalizar uma equação para o gráfico 5.3.1, utilizamos o auxilio da propriedade do log,

R = α Tb

Log R = log(α Tb )

Log R = log α + b . log T Equação 5.3.1

Passou-se a R e d-2 para log R e log d-2 respectivamente e fez-se uma nova tabela.

TABELA: 5 KOITI

Plotou-se o gráfico do log, sua tangente é a potencia da equação da resistência do LDR em função do inverso da distância ao quadrado.

Gráfico 5.3.2: Relação entre log R e log d-2

Gráfico 5.3.2: Relação entre log R e log d-2

A tangente deste gráfico é o “b”, o coeficiente linear é “log α” e através de um par ordenado (- 1.7 , 1.92) do gráfico 5.3.2 e da equação 5.3.1 encontramos o seus valores:

b = - 0.76

1.92 = log α + (-0.76) (-1.7)

Log α = 1.92 - 1.3 = 0.62

α = 100.62

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α= 4,17

Portanto a equação do gráfico 5.3.1 é:

R(T)= 4,17 . T-0,76

Aplicando um ponto em T, verifica-se se seu resultado é o esperado, conforme o gráfico 5.3.1. Se T= 0.25, então R(0.25) é:

R(0.25) = 4.17 . 0.25-0.76

R(0.25) = 11.2 Ω

No gráfico, este ponto corresponde a 13.7Ω,

ANALISE DOS RESULTADOS!

LEANDRO

(COMENTE A RELAÇÃO ENTRE O RESISTOR OHMICO E Ñ OHMICO, E ANALISE A CONTA ACIMA, ACHE O DESVIO PADRÃO (ENTRE 11.2Ω E 13.7Ω), DIGA QUE NÃO OCORREU DE FORMA ESPERADA, DEVIDO AO GRANDE ERRO)!!!

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