Relatório de Física Experimental 3: Medidas de Correntes Elétricas, Trabalhos de Física Experimental

Baixe Relatório de Física Experimental 3: Medidas de Correntes Elétricas e outras Trabalhos em PDF para Física Experimental, somente na Docsity! CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCKOW DA FONSECA – Nova Iguaçu 2º RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL 3 CORRENTE ELÉTRICA Gabriel Tavares Barbosa Larissa Martins Cordeiro Lucas Gilla M. de Oliveira Victoria Graziella G. da Silva Cruzado Rio de Janeiro 14 de outubro de 2022 Proponentes: Gabriel Tavares Barbosa Larissa Martins Cordeiro Lucas Gilla M. de Oliveira Victoria Graziella G. da Silva Cruzado Professor: Marcelo Oliveira Este é um relatório das práticas laboratoriais da Disciplina de Física Experimental 3, referente à prática 2, de medidas de correntes elétricas, realizado no Campus Nova Iguaçu - Laboratório de Física 1. Palavras-chave: Corrente Elétrica – Eletromagnetismo – Resistência Rio de Janeiro 14 de outubro de 2022 2 1. Introdução Neste relatório, estamos trabalhando com um experimento eletromagnético, no qual vamos compreender as características das corrente elétrica. Dessa forma, iremos gerar uma tensão com auxílio de uma fonte, demonstrando os fatores envolvidos para a sua existência tais como: resistência, corrente elétrica, ligação em série e em paralelo e correlacionar com a Lei de Ohm e grandezas físicas. Assim foi dividido em três fases: I. Ligar em série os resistores na matriz e fazer a medição direta das resistências de ambas separadamente e logo após, do conjunto. II. Conectar a fonte ao sistema. Sua função principal é fornecer valores de tensão entre 4,8V e 5V para analisar o comportamento da corrente elétrica ao passar pela resistência. Fazer aferição da voltagem nos resistores individualmente e no conjunto. III. Conectar o multímetro (calibrado em 200mA) no sistema para aferição da corrente de forma direta. Para obter todas as grandezas necessárias, é necessário um instrumento de medida. O multímetro é um instrumento de medida eletrônico para obter valores de grandezas elétricas. Dentre essas grandezas, o multímetro também pode medir a resistência elétrica, a corrente elétrica, tensão contínua e alternada. 5 Figura 1. Fonte: Autores. Normalmente, o multímetro possui conexões para as ponteiras, que devem ser utilizadas conforme a grandeza que se deseja medir conforme ilustra a Figura 1. No entanto, o valor medido é informado no visor do multímetro. Ao final do experimento foi construído um modelo das grandezas analisadas (Lei de Ohm). A questão norteadora da atividade é observar a semelhança de informações dos dados medidos. E pensar na seguinte questão: Como é a atuação de um resistor ligado a um circuito elétrico? Como a ligação em série dos resistores influencia na corrente elétrica? 2. Objetivo O objetivo da atividade é verificar se existe uma relação entre a tensão fornecida pela fonte (e medida pelo voltímetro) e a corrente medida, visto isso, vamos lidar com a Lei de Ohm e com o comportamento físico esperado. 6 3. Material Utilizado Foram utilizados para o experimento: I. Multímetro Figura 2. Fonte: Autores. II. Matriz de contato (protoboard) Figura 3. Fonte: Autores. III. Dois resistores Figura 4. Fonte: Autores. 7 2ª Etapa: Com a utilização de uma fonte de tensão variável calibrada em 4.9V, o positivo (vermelho) e o negativo (preto) da fonte serão conectados - com a utilização do cabo jacaré - nas extremidades do resistência em série. Nesse sentido, será necessário medir a tensão de ambos os resistores, separadamente, e a tensão no circuito. Figura 9 - Medição da tensão em resistência 1 a esquerda e resistência 2 a direita, feita com um multímetro. Fonte: Autores. Figura 10 - Medição da tensão no circuito, feita com um multímetro. Fonte: Autores. 3ª Etapa: Nesta fase iremos calcular a corrente elétrica de forma direta. Dessa forma, calibramos na fonte uma tensão de 4.9V. O sistema foi iniciado da seguinte forma: o negativo da fonte foi conectado em um dos resistores na protoboard, com a utilização do cabo 10 jacaré. Na outra extremidade do circuito, o positivo da fonte (cabo jacaré vermelho) será ligado diretamente na ponta de teste do multímetro (cabo vermelho). Por fim, a ponta de teste negativa do multímetro (cabo preto) estará conectada à outra extremidade do segundo resistor. Nesse sentido, estamos medindo a corrente dos resistores ligados em série com um multímetro que foi calibrado na escala de 200 mA. Figura 11 - Tensão no visor da fonte (corrente calculada de forma direta). Fonte: Autores. Figura 12 - Corrente calculada de forma direta. Fonte: Autores. 11 5. Referencial Teórico Os Sumérios tinham conhecimento sobre a existência da eletricidade e sobre materiais condutores como o cobre, a prata e o ferro, isto em torno de 2500 AC. Este povo fazia aplicação deste saber para a deposição de prata sobre vasos de cobre, conforme as peças descobertas. Os sistemas elétricos de potência na Europa tiveram grande desenvolvimento durante o século XIX. Nesse sentido, os primeiros geradores de energia elétrica eram células galvânicas, que produziam tensão e corrente contínua. Atualmente, a energia elétrica é a principal forma de energia utilizada pela humanidade, devido sua facilidade em transporte e transformação. É evidente o conhecimento de corrente elétrica em vários aspectos, por exemplo, para dimensionar o tamanho ou o material do condutor para que ele não superaqueça, danifique equipamentos elétricos ou cause acidentes, para evitar danos físicos causados por choque elétrico. Apesar da impossibilidade de observar corrente elétrica diretamente, temos uma ideia clara da natureza da corrente. Trata-se da taxa da passagem de carga através de uma superfície. A quantificação precisa de corrente com a eletrólise - Faraday - permitiu, pela primeira vez, estabelecer um padrão razoavelmente preciso para a carga elétrica. De forma simplificada, veremos os conceitos dos principais pontos relacionados ao experimento. Corrente Elétrica Corrente elétrica é o movimento ordenado de portadores de carga elétrica. Essa é uma grandeza escalar e sua unidade no SI é o ampère (A). No caso dos sólidos, os portadores de carga são os elétrons livres, e no caso dos fluidos, são os íons. ● Intensidade de corrente elétrica Informa a quantidade de carga por segundo que atravessa uma seção transversal de um condutor. 𝐼 = 𝑞 𝑡 12 ● Medidas Diretas: As incertezas das medidas feitas pelo multímetro são de 1%, segundo as informações dadas pelo fabricante. Pode ser observado na figura 10 que a tensão do circuito está negativa devido a um erro de medida. Isso ocorre pois os cabos da fonte estão no sentido contrário aos cabos do multímetro, então, o lê em sentido oposto, porém a tensão correta é a mesma com sinal positivo. Utilizaremos a medida positiva para ajustar o erro no manuseio do equipamento. DADOS DO EXPERIMENTO R (kΩ) R (kΩ) U (V) U (V) I (mA) I (mA) R1 0,148 0,001 4,600 0,050 R2 2,680 0,030 0,260 0,002 C 2,830 0,030 4,990 0,050 1,700 0,020 Tabela 1: Dados diretos dos experimentos e cálculo das incertezas. 𝐼 = (170±2)×10−2 𝑚𝐴 Dados: R = Resistência elétrica medida em Ohms (20 kΩ) U = Tensão elétrica (DDP) medida em Volts (20V) I = Corrente elétrica medida em Ampere (200 mA) δ = Incerteza R1 = Resistor 1 R2 = Resistor 2 C = Circuito 15 ● Medidas Indiretas (Cálculo da Corrente Elétrica): Primeiramente é necessário calcular a resistência equivalente do circuito. A resistência equivalente (Req) se trata da soma das resistências R1 e R2 do circuito. 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 δ𝑅𝑒𝑞 = δ𝑅1² + δ𝑅2² 𝑅𝑒𝑞 = 0, 148 + 2, 68 δ𝑅𝑒𝑞 = 0, 001² + 0, 03² 𝑅𝑒𝑞 = 2, 828 𝑘Ω δ𝑅𝑒𝑞 = 0, 03 𝑘Ω 𝑅𝑒𝑞 = (283±3)×10−2 Ω Agora, utilizaremos a 1ª Lei de Ohm para calcular a corrente elétrica do circuito. A tensão informada pela fonte foi de 4,9V e sua incerteza é de 0,1V. 𝐼 = 𝑉 𝑅 δ𝐼 = 𝐼 ( δ𝑉 𝑉 )² + ( δ𝑅 𝑅 ) 1,731𝐼 = 4,9 2830 δ𝐼 = ( 0,1 4,9 )² + ( 30 2830 )² 1,731 mA 0,03981 mA𝐼 = δ𝐼 = 𝐼 = (173±4)×10−2 𝑚𝐴 16 7. Conclusão Portanto, foi possível calcular os resultados requisitados. Nesse sentido, obtemos valores satisfatórios, visto que, o valor direto da corrente elétrica coincide com o valor indireto obtido pela 1ª Lei de Ohm. O valor direto da corrente elétrica foi de e o valor indireto foi de .(170±2)×10−2 𝑚𝐴 (173±4)×10−2 𝑚𝐴 Comparando estes dados, considerando suas incertezas, é possível observar que elas coincidem, assim mostrando que o experimento foi bem-sucedido. Consequentemente, pudemos concluir também que o uso dos métodos, tanto do indireto quanto do direto, realizados neste relatório, para obtenção da corrente elétrica de um circuito, são corretos e funcionais. Evidentemente, conseguimos perceber que a disciplina está nos auxiliando a entender e reforçar os aprendizados alcançados. Logo, foi possível notar a influência na prática e de onde surgem os modelos matemáticos, requisitados na disciplina. 8. Referências: SEARS e ZEMANSKY, YOUNG e FREEDMAN, Física 3 – Eletromagnetismo. Tradução de Daniel Vieira. Revisão técnica de Adir Moyses Luiz, 14. ed. 2008. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de física 3: eletromagnetismo. 6. ed. Rio de janeiro: LTC, 2003. BASSALO, J. M. F. Nascimentos da Física (3500 a.C.-1900 a.D.). Belém: EDUFPA, 1996. RAMALHO, F.; FERRARO, N.; SOARES, P. Os fundamentos da física 3.7. ed. São Paulo: Moderna, 1999. 17