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RELATÓRIO DE EXPEIMENTO DE FÍSICA: MEDIDA DE CORRENTE E DIFERENÇA DE POTENCIAL
Tipologia: Provas
Compartilhado em 31/08/2010
4.6
(84)73 documentos
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Em eletricidade, têm-se três grandezas básicas que podem ser medidas: (a) tensão – através do voltímetro (b) corrente – através do amperímetro Trabalhamos com duas grandezas essenciais no estudo de eletricidade: corrente e diferença de potencial. Entender o significado delas é fundamental para o entendimento dessa parte da Física – esse foi o objetivo deste experimento. Fizemos isso através da manipulação de diversos instrumentos, observações, anotações e cálculos.
Corrente elétrica é definida como a taxa de passagem de cargas através da área da seção reta de um condutor. Contudo, para existir um deslocamento de cargas é necessário que seja realizado um trabalho para vencer a força elétrica exercida pelo campo. O campo elétrico é um campo conservativo. Logo o trabalho realizado independe do caminho da corrente e sim dos pontos inicial e final. Este trabalho é igual ao produto da corrente pela diferença de potencial (ddp). A existência de uma diferença de potencial em um circuito tende a provocar o surgimento de uma corrente elétrica. Entretanto, os elétrons ao passar pelos condutores se chocam com os átomos destes liberando energia térmica. Quanto mais difícil essa passagem menor é a corrente. Essa dificuldade que um condutor oferece a passagem de corrente elétrica é chamada de resistência. A resistência depende basicamente das propriedades físicas do condutor mas em alguns casos depende também da corrente elétrica que o atravessa. V = R(I). I Sendo V a ddp, I a corrente elétrica e R(I) a resistência em função da corrente. Quando a resistência do condutor não depende da corrente que o atravessa,
dizemos que esse condutor é ôhmico, pois obedece a uma lei, chamada Lei de Ohm:
Analogamente, quando a resistência do material depende da corrente, dizemos
que este é não ôhmico.
O aparelho que é utilizado para medidas de corrente é o Amperímetro. Já para a
medida das ddps utiliza-se o Voltímetro. Ambos os instrumentos são derivados do
Galvanômetro, criado por Hans Christian Oersted.
O Galvanômetro é um instrumento que possui uma bobina envolta de uma
agulha. A corrente que passa na bobina provoca uma deflexão na corrente. Oersted
percebeu que o torque na agulha é proporcional a corrente.
Um voltímetro é um galvanômetro ou amperímetro utilizado para medir ddp. Um voltímetro ideal é aquele com uma resistência infinita. Como geralmente a resistência interna do voltímetro não é alta, liga-se em série a este voltímetro um resistor com resistência bastante elevada (da ordem de KΩ).
Primeiramente montou-se o circuito de acordo com a figura abaixo.
Seção IV.
resistência serve para evitar que excesso de corrente passe pelo amperímetro.
Seção IV.
i) Duplicação do fundo de escala do amperímetro
ii) Quadruplicação do fundo de escala do amperímetro.
Seção IV.
Tabela 1: Valores da corrente “i” medidos entre a Resistência Mínima Experimental e a Resistência Máxima Calculada
I (^) m (mA) 10,0 6,1 4,4 1,7 1,4 1,2 1,1 0,9 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,
Tabela 1.1: Comparação entre valores teóricos e experimentais
R + ou - 5%(Ω) I (^) m (mA) I (^) c (mA) δI = I (^) c - I (^) m (mΑ) 260 + ou - 13 10,0 + ou – 0,1 10,0 0, 421 + ou - 21 6,1 + ou – 0,1 6,2 0, 579 + ou -29 4,4+ ou – 0,1 4,5 0, 737 + ou – 37 1,7 + ou – 0,1 3,6 1, 895 + ou – 45 1,4 + ou – 0,1 2,9 1, 1053 + ou – 53 1,2 + ou – 0,1 2,5 1, 1211 + ou - 61 1,1 + ou – 0,1 2,2 1, 1369 + ou - 68 0,9 + ou – 0,1 1,9 1, 1527 + ou – 76 0,8 + ou – 0,1 1,7 0, 1685 + ou – 84 0,7 + ou – 0,1 1,6 0, 1843 + ou - 92 0,7 + ou – 0,1 1,4 0, 2001 + ou – 100 0,6 + ou – 0,1 1,3 0, 2159 + ou – 108 0,6 + ou – 0,1 1,2 0, 2317 + ou - 116 0,5 + ou – 0,1 1,1 0, 2475 + ou – 124 0,5 + ou – 0,1 1,1 06 2630 + ou - 132 0,4 + ou – 0,1 1,0 0,
Os valores teóricos são maiores que os experimentais pois nos cálculos não foi levado em conta o valor da resistência interna do amperímetro e também a resistência dos fios foram desprezadas.Pela lei de Ohm a corrente é inversamente proporcional à resistência, como nos cálculos estávamos levando em conta uma resistência menor, os valores das correntes encontradas eram maiores que as correntes medidas experimentalmente. No cálculo da resistência mínima teórica levou-se em conta a corrente de fundo de escala do amperímetro (10mA). Porém ao realizar-se o experimento observou-se uma corrente menor do que o esperado lida no amperímetro. Tal diferença se deve ao fato da resistência calculada não levar em conta as outras resistências do circuito. Então o valor de R experimental deve ser menor para que quando associado com as outras resistências do circuito a corrente lida no amperímetro seja de 10mA.
O desvio avaliado é uma medida da limitação do aparelho. Ele pode ser encontrado pelo menor valor que se pode medir da escala do aparelho. O desvio avaliado é igual a ±0,1 mA.
Para cálculo de Ra, colocou-se na década de resistores o valor da resistência mínima calculada e em paralelo ao amperímetro uma resistência R (^) p. Fazendo-se Rp
igual a zero e ligando-se a chave do circuito o amperímetro não indicou passagem de corrente.Nesse momento um curto-circuito foi provocado entre os terminais de R (^) p e Ra. A resistência Rp tornou-se desprezível em relação a Ra .Logo, toda a corrente do circuito passou pela década Rp, por isso o amperímetro não indicou corrente. Depois variando-se
R (^) p conseguiu-se medir corrente e os valores medidos foram colocados numa tabela (Tabela 2).
Tabela 2: Valores da corrente “i” obtidos aumentando-se a resistência Rp de 1 em 1 Ω
Rp (Ω) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 I (^) m(mA) 1,1 1,7 2,1 2,5 2,9 3,2 3,6 3,9 4,2 4,4 4,7 5,
Como a resistência R (^) p está em paralelo com a resistência interna do amperímetro (R (^) a) a ddp é igual nos seus terminais. A corrente total do circuito se divide em duas, uma passa por Rp outra por Ra .Utilizando a lei de Ohm: I = I (^) a + Ip (1) I (^) a x R (^) a = I (^) p x R (^) p R (^) a = (I (^) p/ Ia ) x R (^) p (2) Substituindo 1 em 2, tem-se: R (^) a = (I – I (^) a / Ia ) ∙ R (^) p
Quando o amperímetro indica uma corrente de 5 mA isso quer dizer que a outra metade da corrente passa por R (^) p.Como a ddp é igual, pode-se afirmar que nesse momento, R (^) a é igual a R (^) p. O que pode ser constatado pela equação: Ra = (I – I (^) a / I (^) a) ∙ R (^) p Substituindo, tem-se: R (^) a = [(10 – 5)/5] ∙ 12 → Ra = 12Ω Cálculo do desvio da resistência interna do amperímetro:
R (^) a = │∂Ra /∂I│∆I + │∂Ra /∂Ia │∆Ia + │∂Ra /∂Rp│∆R (^) p Como, Ra = (I – I (^) a/I (^) a) x R (^) p: R (^) a = (Rp/I (^) a) ∙∆I + Rp∙{ [- I (^) a –( I – I (^) a)]/I (^) a^2 }∙∆Ia + [ ( I – I (^) a )/Ia ] ∙ ∆Rp R (^) a = (12/5x10-3^ ) ∙ 0,1x10 -3^ + 12∙ [-10x10 -3^ /(5x10-3^ ) 2 ] ∙ 0,1x10 -3^ + (5x10-3^ /5x10-3^ ) ∙ 12 ∙ 0, R (^) a = 0,24 – 0,48 + 0, R (^) a = 0,36 Ω Calculado o desvio agora pode-se escrever a resistência interna do amperímetro da seguinte maneira: R (^) a = (12 ± 0,36) Ω A resistência Rp está ligada em paralelo com Ra. Sendo assim, pode-se achar uma resistência equivalente para essa associação (R (^) eq). Tal resistência está ligada em série com a resistência R. As Equações utilizadas para o calculo são: 1/Req = 1/ Ra + 1/ R (^) p R (^) eq = Ra ∙ R (^) p /( Ra + Rp)
V = (R+ R (^) eq ) ∙ I
Substituindo os valores, tem-se:
Tabela 4:
R (Ω) I (^) m (mA) I (^) c (mA) δI (mΑ) 66 >40,0 38,1 -1, 132 24,0 19,5 -4, 264 12,0 9,8 -2, 528 6,0 4,9 -1, 1056 2,8 2,5 -0,
A resistência interna não mudou, pois depende apenas dos componentes do aparelho (amperímetro), e este continuou o mesmo. No caso da duplicação o desvio avaliado do amperímetro é dividido por dois, pois o fundo de escala do amperímetro agora é o dobro. Ou seja, o desvio é igual a ±0,05mA. Na quadruplicação o desvio avaliado do amperímetro é dividido por quatro, pois o fundo de escala agora é o quádruplo. Ou seja, o desvio é igual a ±0,025mA.
