Docsity
Docsity

Prepare-se para as provas
Prepare-se para as provas

Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity


Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos para baixar

Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium


Guias e Dicas
Guias e Dicas


circuitos Lâmpadas, Notas de estudo de Circuitos Elétricos

circuitos Lâmpadas

Tipologia: Notas de estudo

2014

Compartilhado em 29/07/2014

vitor-tavares-21
vitor-tavares-21 🇧🇷

4.8

(10)

26 documentos

1 / 4

Toggle sidebar

Esta página não é visível na pré-visualização

Não perca as partes importantes!

bg1
16 Física na Escola, v. 12, n. 1, 2011Entendendo o funcionamento dos circuitos elétricos
Oestudo da eletricidade é repleto de
conceitos abstratos e de difícil
compreensão, tais como: campo
elétrico, diferença de potencial, corrente
elétrica, entre outros. Um longo caminho
é trilhado até que os estudantes tenham
conhecimento suficiente para entender o
funcionamento dos circuitos elétricos bá-
sicos, compostos de resistores associados
em série, paralelo ou em associação mista.
O conteúdo é extenso
e seu estudo é árduo,
provocando desinte-
resse de muitos alu-
nos. Esse quadro pode
ser, em parte, rever-
tido com atividades
experimentais lúdicas
e desafiadoras para os
alunos. Essas ativida-
des consistem em o
professor propor aos
alunos preverem
quais lâmpadas acenderão numa determi-
nada ligação elétrica e com que intensidade
luminosa.1 Funciona como um jogo onde
ganha quem acertar a previsão.
A prática cotidiana estabelece que
uma lâmpada acende quando o interrup-
tor é ligado. É também amplamente sabido
que uma lâmpada incandescente de
100 W ilumina mais um ambiente que
uma lâmpada de 40 W, ou seja, lâmpadas
de maior potência nominal2 emitem maior
intensidade de luz. Essa lógica, bem conhe-
cida, está em perfeito acordo com o estudo
da eletricidade, em particular, dos circuitos
elétricos. Entretanto, cabe ao professor
destacar, e aos alunos compreender, que
esse comportamento das lâmpadas é
consequência do tipo de ligação a que estão
sujeitas nas residências, escolas, e demais
estabelecimentos. Mudando a ligação en-
tre as lâmpadas, altera-se seu funciona-
mento. Desta forma, pode-se afirmar que
o comportamento das lâmpadas nas ins-
talações domésticas e comerciais é apenas
um caso particular dos tipos de ligações
elétricas possíveis que são estudadas em
eletricidade.
Lâmpadas incandescentes compor-
tam-se como os resistores elétricos estu-
dados na teoria dos circuitos. Nas ativi-
dades experimentais que serão propostas,
as lâmpadas incandescentes farão o papel
dos resistores, e a intensidade de luz emi-
tida dará a percepção visual da potência
dissipada em cada
lâmpada. Com isso,
será possível rever e
comprovar os conteú-
dos previamente ensi-
nados.
Durante as ativi-
dades experimentais,
o aluno perceberá que
ele só terá êxito nas
suas previsões sobre
quais lâmpadas acen-
derão se utilizar cor-
retamente os conceitos estudados em sala
de aula, em particular, no caso da ligação
mista.
Metodologia
O método consiste em inicialmente
apresentar aos alunos os conteúdos teó-
ricos sobre eletrodinâmica, entre eles:
d.d.p., corrente elétrica, resistência elétri-
ca, lei de Ohm, assim como as associações
de resistores, destacando as principais ca-
racterísticas de cada uma dessas associa-
ções. Após todos os conteúdos estudados,
é proposta uma série de demonstrações
experimentais com objetivo de aplicação,
fixação e compreensão do funcionamento
dos circuitos elétricos.3
Atividades experimentais
Para a realização das atividades expe-
rimentais, é utilizada uma montagem
com material facilmente encontrado em
qualquer loja de material elétrico. A mon-
tagem deverá possibilitar a demonstração
○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○
○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○
Este artigo propõe uma série de atividades expe-
rimentais envolvendo ligação de lâmpadas in-
candescentes em circuitos paralelo, série, ou
misto. O objetivo dessa atividade é dar aos estu-
dantes alguma percepção concreta, embora
indireta, dos conceitos físicos sobre eletricidade,
tais como: corrente; potencial; e resistência.
Utilizando os conteúdos previamente estudados
sobre circuitos elétricos, os estudantes poderão
prever o funcionamento de uma determinada
ligação de lâmpadas. Após os devidos cálculos,
será possível determinar quais lâmpadas acen-
derão, bem como estimar a intensidade lumi-
nosa emita em cada lâmpada. Esta intensidade
luminosa dará uma percepção visual da
potência dissipada nos resistor, substituídos
nesta atividade pelas lâmpadas. Esta prática
permite aos alunos prever, testar e comprovar
seu aprendizado teórico através de experimen-
tos desafiadores.
Mauro Costa da Silva
Departamento de Física, Colégio Pedro
II, Niterói, RJ, Brasil
Lâmpadas incandescentes
comportam-se como os
resistores elétricos estudados na
teoria dos circuitos. Nas
atividades experimentais que
serão propostas, as lâmpadas
incandescentes farão o papel
dos resistores, e a intensidade
de luz emitida dará a percepção
visual da potência dissipada em
cada lâmpada
pf3
pf4

Pré-visualização parcial do texto

Baixe circuitos Lâmpadas e outras Notas de estudo em PDF para Circuitos Elétricos, somente na Docsity!

16 Entendendo o funcionamento dos circuitos elétricos Física na Escola, v. 12, n. 1, 2011

O

estudo da eletricidade é repleto de conceitos abstratos e de difícil compreensão, tais como: campo elétrico, diferença de potencial, corrente elétrica, entre outros. Um longo caminho é trilhado até que os estudantes tenham conhecimento suficiente para entender o funcionamento dos circuitos elétricos bá- sicos, compostos de resistores associados em série, paralelo ou em associação mista. O conteúdo é extenso e seu estudo é árduo, provocando desinte- resse de muitos alu- nos. Esse quadro pode ser, em parte, rever- tido com atividades experimentais lúdicas e desafiadoras para os alunos. Essas ativida- des consistem em o professor propor aos alunos preverem quais lâmpadas acenderão numa determi- nada ligação elétrica e com que intensidade luminosa. 1 Funciona como um jogo onde ganha quem acertar a previsão. A prática cotidiana estabelece que uma lâmpada acende quando o interrup- tor é ligado. É também amplamente sabido que uma lâmpada incandescente de 100 W ilumina mais um ambiente que uma lâmpada de 40 W, ou seja, lâmpadas de maior potência nominal^2 emitem maior intensidade de luz. Essa lógica, bem conhe- cida, está em perfeito acordo com o estudo da eletricidade, em particular, dos circuitos elétricos. Entretanto, cabe ao professor destacar, e aos alunos compreender, que esse comportamento das lâmpadas é consequência do tipo de ligação a que estão sujeitas nas residências, escolas, e demais estabelecimentos. Mudando a ligação en- tre as lâmpadas, altera-se seu funciona- mento. Desta forma, pode-se afirmar que o comportamento das lâmpadas nas ins- talações domésticas e comerciais é apenas

um caso particular dos tipos de ligações elétricas possíveis que são estudadas em eletricidade. Lâmpadas incandescentes compor- tam-se como os resistores elétricos estu- dados na teoria dos circuitos. Nas ativi- dades experimentais que serão propostas, as lâmpadas incandescentes farão o papel dos resistores, e a intensidade de luz emi- tida dará a percepção visual da potência dissipada em cada lâmpada. Com isso, será possível rever e comprovar os conteú- dos previamente ensi- nados. Durante as ativi- dades experimentais, o aluno perceberá que ele só terá êxito nas suas previsões sobre quais lâmpadas acen- derão se utilizar cor- retamente os conceitos estudados em sala de aula, em particular, no caso da ligação mista.

Metodologia O método consiste em inicialmente apresentar aos alunos os conteúdos teó- ricos sobre eletrodinâmica, entre eles: d.d.p., corrente elétrica, resistência elétri- ca, lei de Ohm, assim como as associações de resistores, destacando as principais ca- racterísticas de cada uma dessas associa- ções. Após todos os conteúdos estudados, é proposta uma série de demonstrações experimentais com objetivo de aplicação, fixação e compreensão do funcionamento dos circuitos elétricos. 3

Atividades experimentais Para a realização das atividades expe- rimentais, é utilizada uma montagem com material facilmente encontrado em qualquer loja de material elétrico. A mon- tagem deverá possibilitar a demonstração

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

Este artigo propõe uma série de atividades expe- rimentais envolvendo ligação de lâmpadas in- candescentes em circuitos paralelo, série, ou misto. O objetivo dessa atividade é dar aos estu- dantes alguma percepção concreta, embora indireta, dos conceitos físicos sobre eletricidade, tais como: corrente; potencial; e resistência. Utilizando os conteúdos previamente estudados sobre circuitos elétricos, os estudantes poderão prever o funcionamento de uma determinada ligação de lâmpadas. Após os devidos cálculos, será possível determinar quais lâmpadas acen- derão, bem como estimar a intensidade lumi- nosa emita em cada lâmpada. Esta intensidade luminosa dará uma percepção visual da potência dissipada nos resistor, substituídos nesta atividade pelas lâmpadas. Esta prática permite aos alunos prever, testar e comprovar seu aprendizado teórico através de experimen- tos desafiadores.

Mauro Costa da Silva Departamento de Física, Colégio Pedro II, Niterói, RJ, Brasil E-mail: [email protected]

Lâmpadas incandescentes comportam-se como os resistores elétricos estudados na teoria dos circuitos. Nas atividades experimentais que serão propostas, as lâmpadas incandescentes farão o papel dos resistores, e a intensidade de luz emitida dará a percepção visual da potência dissipada em cada lâmpada

Física na Escola, v. 12, n. 1, 2011 Entendendo o funcionamento dos circuitos elétricos 17

das ligações série, paralela e mista.

Lista de material

  • Folha de Eucatex - 40 cm x 40 cm
  • 3 lâmpadas incandescentes de 15 W
  • 7 tomadas externas
  • 1 lâmpada incandescente de 7 W
  • 1 interruptor externo
  • 3 m de fio paralelo de 2,5 mm 2
  • 1 disjuntor 30 A
  • 2 tomadas macho
  • Fio 2,5 mm 2
  • 5 bocais com tomada macho
  • l lâmpada incandescente de 60 W A Fig. 1 apresenta a montagem do cir- cuito que será utilizado para as ligações elétricas propostas, e a Fig. 2 mostra as lâmpadas e fios que serão utilizados nas diversas ligações.

Procedimento

A primeira demonstração deve ser a associação paralela, pois ajuda os alunos a compreender a teoria dos circuitos elé- tricos a partir dos seus conhecimentos em- píricos. Após apresentada a ligação paralela, deve-se apresentar a ligação série. Nesta, pode-se mostrar que o funciona- mento das lâmpadas ocorre em clara opo- sição à ligação paralela. Em ambas as liga- ções apresentadas, é possível tirar con- clusões gerais sobre a potência nominal das lâmpadas e o respectivo brilho forne-

cido por elas quando ligadas em série ou paralelo. A ligação mista, entretanto, não permite qualquer previsibilidade sobre o funcionamento das lâmpadas, a menos que se utilize a teoria dos circuitos elétri- cos. Por isso, a ligação se torna mais desa- fiadora. Esse é o foco central dos experi- mentos: motivar os alunos para que, de forma lúdica, semelhante a um jogo, eles utilizem seus conhecimentos teóricos para determinarem, antecipadamente, quais lâmpadas acenderão numa determinada ligação mista.

Ligação paralela A ligação paralela deve ser montada utilizando lâmpadas de potências nomi- nais diferentes, 4 a fim de que os alunos percebam que lâmpadas de maior potência nominal fornecem maior intensidade luminosa. Pode-se mostrar ainda que, ao se desligar uma lâmpada, o funcionamento das demais é inalterado. Essas observações experimentais se verificam no cotidiano do aluno. Desligar a lâmpada de um ambiente não implica desligar obrigatoriamente as lâmpadas dos demais ambientes. A partir dessas observações, é possível concluir que a ligação residencial é uma associação paralela. A ligação paralela é apresentada na Fig. 3.

Ligação série Para efeito de comparação, devem-se utilizar as mesmas lâmpadas empregadas na ligação paralela para montar a ligação série, conforme a Fig. 4. Quais lâmpadas acenderão? Ao ligar o interruptor, o desconforto dos alunos é evidente. As lâmpadas de maior potência nominal emitem menos luz. Eventualmente, uma ou mais lâm- padas não acenderão em função da baixa potência dissipada nelas. É justamente o caso apresentado na Fig. 4. O entendi- mento técnico desse circuito é apresentado na Fig. 5: 5 Determinação da resistência das lâmpadas: P = V^2 / R. Lâmpada de 7 W: R 7 W = 110^2 /7 ≈ 1700 Ω Lâmpada de 15 W: R 15 W = 110^2 /15 ≈ 800 Ω Lâmpada de 60 W: R 60 W = 110^2 /60 ≈ 200 Ω Resistência equivalente do circuito série: Req = 200 + 800 + 1700 = 2700 Ω Corrente elétrica do circuito série: i = 110/2700 ≈ 40 mA Potência dissipada em cada lâmpada: L 1 (60 W):

P = r. i^2 = 200.(40 mA) 2 ≈ 0,3 W L 2 (15 W): P = r. i^2 = 800.(40 mA) 2 ≈ 1,3 W L 3 (7 W): P = r. i^2 = 1700.(40 mA)^2 ≈ 2,7 W A potência dissipada na lâmpada de 60 W é praticamente nula, o que explica ela permanecer “apagada” na Fig. 4. A lâmpada de 7 W dissipa a maior potência entre as lâmpadas, emitindo maior inten- sidade luminosa. A potência dissipada prevista na lâmpada de 15 W é cerca de 10% da sua potência nominal. Por isso, apenas o seu filamento fica enrubescido, sem emissão significativa de luz. Após as observações experimentais, podem-se tirar conclusões gerais. Lâmpa- das de menor potência nominal têm maior resistência elétrica ( R = V^2 / P ). Em um circuito série, a corrente elétrica é igual

Figura 1 - Montagem de um circuito elé- trico.

Figura 2 - Lâmpadas, fios e bocais.

Figura 3 - Ligação paralela feita com lâm- padas de potências diferentes.

Figura 4 - Ligação série feita com lâmpa- das de potências diferentes.

Figura 5 - Circuito série referente à Fig. 4.

Física na Escola, v. 12, n. 1, 2011 Entendendo o funcionamento dos circuitos elétricos 19

Para saber mais D. Gonçalves, Física: Eletricidade, Eletromag- netismo e Corrente Alternada (Ao Livro Técnico, Rio de Janeiro, 1978) 3 a^ ed. B. Alvarenga e A. Máximo, Curso de Física (Editora Scipione, São Paulo, 1997), 4 a^ ed. D. Halliday, R. Resnick and J. Walker, Funda- mentals of Physics Extended (John Wiley & Sons, Inc., New York, 1997), 5th ed.

i = 110/1320 ≈ 83 mA Determinação da d.d.p. entre os pontos B e C V BC = r. i = 320.0,083 = 26,6 V Potência dissipada nas lâmpadas L 1 : P 60 W = r. i^2 = 200.0,083^2 = 1,4 W L 2 e L 4 : P15 W = V^2 / R = 26,6 2 /800 ≈ 0,9 W L 3 : P7 W = V^2 / R = 26,6^2 /1700 ≈ 0,4 W L 5 : P’15 W = r. i^2 = 800.0,083^2 = 5,5 W Análise dos resultados e previsão das lâmpadas que acenderão A lâmpada L 1 não acenderá. A potên- cia prevista para ser dissipada nessa lâm- pada é cerca de 2% da sua potência nomi- nal. As lâmpadas L 2 , L 3 e L 4 têm potência prevista de cerca de 6% da sua potência nominal. Este valor deixa dúvida sobre a lâmpada não acender ou ser possível perceber apenas o filamento enrubescido. Essa margem de erro não compromete o experimento, cria inclusive uma expecta- tiva saudável na turma sobre o resultado do mesmo. A lâmpada L 5 certamente acenderá, pois a potência dissipada pre- vista é cerca de 35% da sua potência nomi- nal. O resultado é apresentado na Fig. 11. Avaliação, desafios e diversão Como forma de avaliação da aula, é

possível trocar as lâmpadas de posição e pedir aos alunos que determinem quais delas acenderão. Quando os alunos ter- minarem os cálculos, o professor pode fazer uma consulta prévia à turma sobre suas expectativas de funcionamento an- tes de ligar o interruptor. Havendo qual- quer discrepância entre o resultado teórico e o experimental, o professor poderá ana- lisar e discutir com os alunos eventuais falhas cometidas nos cálculos.

Considerações finais A montagem inicial com o circuito paralelo serve para o aluno confirmar seu conceito sobre potência dos resistores, comparando à intensidade da luz emitida. No circuito série a lógica se inverte: a lâm- pada de maior potência nominal emite menor intensidade de luz. É o momento de o professor lembrar que as lâmpadas incandescentes vendidas no comércio fo- ram projetadas para dissiparem a potência nominal quando submetidas a d.d.p. especificada (110 V ou 220 V) no bulbo da lâmpada. Na ligação série, a d.d.p. apli- cada a um resistor depende da resistência equivalente do circuito e da corrente elé- trica. Por isso, a intensidade de luz emitida por uma lâmpada ligada em série depende das demais lâmpadas do circuito. A ligação mista é completamente imprevisível, o que torna a atividade expe- rimental um verdadeiro desafio: descobrir quais lâmpadas acenderão. Esse desafio será vencido por aqueles que dominarem os conteúdos de eletricidade. Não há margens estabelecidas sobre o percentual do valor nominal da lâmpada para determinar se ela acenderá ou não. A incerteza faz parte da previsão e deve ser discutida com os alunos, até porque o modelo teórico utilizado desconsidera algumas variáveis, como: a variação da resistência elétrica das lâmpadas com a

Figura 11 - Resultado para segunda mon- tagem com ligação mista.

temperatura, a correspondente variação da d.d.p. aplicada às lâmpadas e a conse- quente variação da intensidade luminosa emitida. Esses fatores podem provocar pequenas discrepâncias entre a previsão teórica e o resultado experimental.

Notas (^1) A previsão da intensidade luminosa res- tringir-se-á à comparação entre a lumi- nosidade emitida pelas lâmpadas, estabe- lecendo qual(ais) acende(m) mais forte, mais fraco e, eventualmente, qual(ais) não acende(m). (^2) Potência nominal é a potência estabe- lecida pelo fabricante e apresentada no bulbo da lâmpada. (^3) Uma alternativa é apresentar, durante as aulas teóricas sobre cada uma das asso- ciações de resistores, a respectiva atividade experimental com a correspondente liga- ção das lâmpadas. Sugiro, neste caso, a sequência de aulas sobre: associação pa- ralela, associação série e associação mis- ta. A justificativa para essa sequência é apresentada ao logo do texto. (^4) No experimento, lâmpadas de 60 W, 15 W e 7 W. (^5) Os cálculos apresentados considerarão a tensão na tomada de 110 V. Não será con- siderada a variação da resistência elétrica das lâmpadas incandescentes com a temperatura.

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

  • Queremos determinar a pressão dentro de uma bola de futebol usando apenas uma balança sensível e uma régua. Como fazê-lo?
  • Você tem dois pêndulos, e conhece o período de oscilação de um deles. Qual a maneira mais simples de descobrir o período do outro pêndulo?
  • Como você pode, em um dia de sol, descobrir a altura de uma árvore usando apenas uma régua? Obviamente não vale subir na árvore...

Perguntas do Editor