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Universidade Federal do Pará

Campus Universitário de Tucuruí

Faculdade de Engenharia Mecânica

Relatório

DISCIPLINA – Laboratório Básico II

PROF. Wellington Fonseca

Edson Junior Rodrigues Cantão (09133002418)

Flávio Ferreira Machado (09133000418)

Hortência Noronha dos Santos (09133003218)

Nicki Robbers D. C. Moraes (09133000118)

Tucuruí,

Maio de 2011

1

Edson Junior Rodrigues Cantão

Flávio Ferreira Machado

Hortencia Noronha dos Santos

Nicki Robbers D. C. Moraes

Relatório

Relatório da Disciplina

Laboratório Básico II

ministrada pelo Prof. Wellington Fonseca.

Tucuruí,

Maio de 2011

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Sumário

Introdução .......................................................................................................... 03

Experimentos lúdicos com o Gerador de Van der Graaff........................... 04

Experimento de associação de lâmpadas ........................................................ 13

Circuito em paralelo ...................................................................... 13

Circuito em série ..................................................................... 15

Experimento de função do fusível (efeito joule) ............................................ 16

Experimento de resistores (código de cores) ............................................... 18

Experimento da lei de ohm ................................................................................. 19

Experimento do resistor não-ohmico .................................................................. 23

Experimento de associações de resistências elétricas (resistores) ................... 25

Experimento da resistência oferecida por um diodo e sua polarização .......... 28

Experimento de medições em circuitos elétricos e potência elétrica .............. 30

Experimento da ação da força eletromagnética no balanço condutor imerso num

campo magnético, quando por ele circula uma corrente elétrica .................. 33

Experimento do motor elétrico de corrente contínua ................................... 35

Experimento no Laboratório Weg (05/05/2011) ............................................... 40

Conclusão .............................................................................................................. 41

Referências consultadas ...................................................................................... 42

3

Introdução

O curso de Laboratório Básico II será tratado com os assuntos pertinentes à

eletricidade, como base a eletrostática e eletrodinâmica tendo a supervisão do professor

nos procedimentos pertinentes a cada experimento.

Seguindo um roteiro de aulas experimentais será possível compreender melhor

fenômenos que em sua maioria não são perceptíveis a olho nu. Para tal é necessário

seguir com rigor as etapas de cada experimento. Se necessário, o uso de algum software

poderá auxiliar em alguma etapa para melhor entendimento das conclusões que se

obtêm por meios dos experimentos.

Ao final do curso, um experimento – que deve ser feito com o menor custo

possível - elaborado por cada grupo dará ênfase a um dos assuntos tratados em

laboratório.

4

Experimentos lúdicos com o Gerador de Van der Graaff

Há materiais onde os elétrons não se movem facilmente. Esses materiais são

chamados de isolantes, mas há outros materiais que permitem que essas cargas se

movam facilmente, como acontecem nos metais, esses materiais são chamados de

condutores. Ao serem produzidas, as cargas permanecem na superfície do material

isolante, até que sejam retiradas por um corpo condutor. Este fato é aproveitado para a

construção dos geradores eletrostáticos do tipo Van der Graaff; tendo aparecido em

1930, destinam-se a produzir voltagens muito elevadas para serem usadas em

experiências de física.

O princípio de funcionamento desse equipamento é da seguinte forma: um motor

faz rodar uma esteira de borracha (isolante) que é friccionada em um conjunto de pontas

metálicas que fornecem cargas à correia e estas são levadas para a parte interna da

cúpula metálica que está num potencial negativo muito alto comparado com o potencial

do solo através de novas descargas elétricas que ocorrem em novas pontas metálicas que

estão no interior da cúpula. Estas cargas são conduzidas para a superfície externa da

cúpula. Como as cargas são transportadas continuamente pela correia, elas vão se

acumulando na esfera.

O esquema de funcionamento do gerador está mostrado conforme a figura:

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1 esfera de metal;

2 eletrodo conectado a esfera, com uma escova na ponta para assegurar a ligação entre a

esfera e a correia;

3 rolete superior;

4 lado positivo da correia;

5 lado negativo da correia;

6 rolete inferior;

7 eletrodo inferior;

8 bastão terminado em esfera usado para descarregar a cúpula;

9 faísca produzida pela diferença de potencial.

Materiais

01 – Gerador de Van der Graaff

01 – Lâmpada fluorescente

01 – Garrafa PET

01 – Isopor cortado em pequenos pedaços

Papel cortado em tiras

01 – Rolo de fita crepe

01 – Esfera metálica com percevejo

01 – Torniquete elétrico

Experimento - Lâmpada fluorescente

Ao realizar esse experimento, utilizamos o gerador de Van der Graaff, e após

ligá-lo, aproximamos uma lâmpada fluorescente que se acendeu. Isso acontece porque

como o potencial elétrico gerado pela esfera carregada tem simetria radial, e decai com

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o inverso da distância, as duas extremidades da lâmpada estarão sujeitas a potenciais

diferentes, e conseqüentemente uma d.d.p.(diferença de potencial) aparece entre as

extremidades que eletriza o gás no interior da lâmpada liberando energia na forma de

luz. É importante ressaltar que a lâmpada emite luz até o limite onde a mão entra em

contato com a lâmpada.

Experimento – „‟Chafariz‟‟ com bolinhas de isopor

Foi utilizada uma garrafa PET que continha pedaços de isopor, que ao aproximar

do gerador, passam a ter cargas de mesmo sinal, conseqüentemente, sofrem um efeito de

repulsão elétrica.

Experimento – Elevando tiras de papel

Foram fixados com fita crepe tiras de papel, em torno do gerador de Van der

Graaff, na parte que é mais conhecida como “Linha de Equador” do gerador. Ao ligá-lo

foi observado que as tiras de papel tendiam a se afastar do gerador, por apresentarem

cargas iguais, efeito da repulsão elétrica.

Experimento – Simulando pára raios

Para realizar esse experimento, utilizamos além do gerador, uma esfera metálica

com um percevejo, e ao aproximarmos a esfera do gerador, produziu faíscas. Ao

aproximar o lado da esfera que continha o percevejo e foi verificado que as faíscas

somente apareciam caso o mesmo estivesse muito próximo do gerador. O gás em

questão é o ar atmosférico. No momento em que aproximamos o bastão de teste ao

Gerador ocorreu uma transferência visível de elétrons de um corpo para o outro. Essa

transferência é denominada descarga elétrica, que é o rompimento de elétrons no ar.

Experimento – Arrepiando o cabelo

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Quando uma pessoa coloca as mãos na esfera, o sistema pessoa-esfera fica

carregado negativamente; os cabelos ficam arrepiados, pois as cargas tendem a se

acumular nas pontas e se repelem por terem o mesmo sinal.

O gerador tem tipo uma escada rolante uns roletes isolantes, em que ficam

eletrizadas, com esse atrito gera-se energia. Estes roletes são ligados a uma esfera

metálica, em que atrai corpos de carga oposta. Quando você põe sua mão no gerador

(gera muita energia), a eletricidade circula no seu corpo, e a tendência dela é sair, ser

liberada para o meio externo para igualar as cargas, e os cabelos são a porta mais fácil

de saída dos elétrons.

Experimento – “Vento elétrico” (torniquete)

Foi utilizado o gerador e um torniquete elétrico. Ao ligar o gerador, foi

observado que o torniquete começou a rotacionar. Este é constituído por um conjunto de

fios metálicos terminados em pontas que são dobradas todas num mesmo sentido. Esses

fios são solidários entre si, e são articulados com uma haste vertical h, de maneira que

possam girar livremente num plano horizontal. Liga-se a haste h ao terminal negativo de

uma máquina eletrostática, no caso, o Gerador de Van der Graaff. Cada ponta, sendo

negativa, exerce sobre as moléculas de ar próximas a ação já explicada acima,

produzindo-se o vento elétrico em torno de cada ponta.

Os íons positivos e as moléculas neutras de ar que se deslocam, ao se chocarem

com as pontas, exercem forças sobre elas. Essas forças põem o torniquete em

movimento de rotação, em sentido contrário ao das pontas.

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1) O que se entende por campo elétrico? Por que dizemos que o campo elétrico

é um campo conservativo?

É importante neste momento, fazer uma analogia entre o campo elétrico e o campo

gravitacional de um planeta. Ao redor de um planeta, existe um campo gravitacional

devido a sua massa, análogo ao campo elétrico que existe em torno de uma esfera

eletrizada. Percebemos então, uma analogia entre as grandezas físicas de massa e carga

elétrica, como sendo responsáveis por gerar o campo gravitacional e elétrico

respectivamente.

Para definir, matematicamente, o campo elétrico é necessário definirmos uma

grandeza física que o represente. Esta grandeza é o vetor campo elétrico. Considerando

a definição utilizada anteriormente, o vetor campo elétrico é dado por:

𝐄 = 𝐅

𝐪

Lembrando que E e F são vetores

A força F, à qual a carga q fica submetida será atrativa ou repulsiva, dependendo do

sinal de q.

A direção do vetor campo elétrico terá a mesma direção da reta que une o ponto

considerado e a carga de geradora (Q). Já o sentido do vetor campo elétrico, depende do

sinal da carga geradora (Q).

O campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) positiva é de afastamento e, o

campo elétrico gerado por uma carga elétrica (Q) negativa é de aproximação. O sentido

do campo elétrico independe do sinal da carga (q) que sofre a ação da força F.

2) O que se entende por linhas de força de um campo elétrico?

O conceito de linhas de força foi introduzido pelo físico inglês M. Faraday, no

século passado, com a finalidade de representar o campo elétrico através de

diagramas. Para que possamos compreender esta concepção de Faraday, suponhamos

uma carga puntual positiva Q criando um campo elétrico no espaço em torno dela.

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Como sabemos, em cada ponto deste espaço temos um vetor 𝐸 , cujo módulo

diminui à medida que nos afastamos da carga. Na figura (a) estão representados estes

vetores em alguns pontos em torno de Q.

Consideremos os vetores 𝐸 1, 𝐸 2, 𝐸 3 etc., que tem a mesma direção, e tracemos uma

linha passando por estes vetores e orientada no mesmo sentido deles, como mostra a

figura (b). Esta linha é então é tangente a cada um dos vetores 𝐸 1, 𝐸 2, 𝐸 3 etc. Uma linha

como esta é denominada linha de força do campo elétrico. De maneira semelhante,

podemos traçar várias outras linhas de força do campo elétrico criado pela carga Q,

como foi feito na figura (b). Esta figura nos fornece uma representação do campo

elétrico da maneira proposta por Faraday.

3) Cite três propriedades das linhas de força do campo elétrico.

As cargas de prova positivas se encontram em movimento dentro de um campo

elétrico. A partir da trajetória dessas cargas, traçam-se linhas que são denominadas

linhas de força, que têm as seguintes propriedades:

1. Saem de cargas positivas e chegam até as cargas negativas;

2. As linhas são tangenciadas pelo campo elétrico;

3. Duas linhas de força nunca se cruzam.

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4) Na figura abaixo se encontram representadas algumas linhas de força de

um suposto campo elétrico. Assinale a região onde o campo elétrico

representado é mais intenso. Desenhe a orientação do vetor campo elétrico

E nos pontos assinalados de P1 a P5.

Quanto mais próxima de Q mais intensa será a força sobre a "carga de prova q" e,

inversamente, será tanto menos intensa quanto mais afastada de Q.

Lei do Inverso do Quadrado da Distância: (1/d²). No exemplo da figura temos P3

como região mais intensa do campo elétrico.

5) Caso abandonássemos uma carga no interior deste campo, trace as possíveis

trajetórias que a mesma teria se a carga fosse positiva.

11

6) Caso abandonássemos uma carga no interior deste campo, trace as possíveis

trajetórias que a mesma teria se a carga fosse negativa.

7) Ligue o aparelho de Van Der Graaff e aproxime a esfera menor da cabeça

do gerador. Observe o fenômeno e justifique.

Quando o Gerador de Van Der Graaff está em funcionamento e aproximamos a

esfera menor da cabeça do aparelho surgem descargas elétricas e estalos. Quando ocorre

a descarga através da formação de um fino canal ionizado no ar, o ar no interior desse

canal atinge temperaturas muito elevadas, de milhares de graus Celsius.

Esse mesmo ar no interior do canal estava na temperatura ambiente antes da

descarga e, portanto há uma rapidíssima elevação da temperatura do gás dentro do canal

no momento da descarga. Ao aumentar bruscamente a temperatura de um gás, a pressão

cresce. Portanto, o ar dentro do canal, devido à elevação da pressão se expande

violentamente, produzindo uma expansão brusca. O estalo que ouvimos é decorrência

dessa expansão brusca, uma pequena explosão que gera uma onda sonora.

A descarga ocorre devido à eletricidade estática em nuvens, o canal ionizado é

muito maior e a energia liberada é muitas ordens de grandeza maior do que a energia

liberada em um pequeno gerador de van der Graaff. A expansão brusca do canal

12

ionizado é então uma verdadeira explosão, gerando uma onda sonora de grande

intensidade, o trovão. Ou seja, os estalos do gerador são trovões em miniatura.

8) Justifique o fato de a mistura gasosa envolvente (ar atmosférico) passar de

isolante a condutora de eletricidade.

O ar tem uma resistência muito alta, impedindo que a corrente passe por ele. Mas

para tensões muito altas (como exemplo, um raio) o ar vira um condutor.

Comportamento semelhante de um material dielétrico. Um gerador de Van de Graaff

produz uma tensão alta o suficiente para "atravessar" o ar.

9) No momento que o gás deixa de ser isolante, o campo elétrico possui certo

valor entre os eletrodos. Como denominamos o maior valor que o campo elétrico

pode assumir sobre o material isolante, sem que o material conduza eletricidade?

A rigidez dielétrica de certo material é um valor limite de campo elétrico aplicado

sobre a espessura do material (kV/mm), sendo que, a partir deste valor, os átomos que

compõem o material se ionizam e o material dielétrico deixa de funcionar como um

isolante.

10) Justifique o ruído e a cor azulada verificados durante a descarga elétrica

ocorrida no ar.

Quando ocorre a descarga através da formação de um fino canal ionizado no ar,

o ar no interior desse canal atinge temperaturas muito elevadas, de milhares de graus

Celsius. Esse mesmo ar no interior do canal estava na temperatura ambiente antes da

descarga e, portanto há uma rapidíssima elevação da temperatura do gás dentro do canal

no momento da descarga. Ao aumentar bruscamente a temperatura de um gás, a pressão

cresce. Portanto, o ar dentro do canal, devido à elevação da pressão se expande

violentamente, produzindo uma expansão brusca.

O estalo que ouvimos é decorrência dessa expansão brusca, uma pequena

explosão que gera uma onda sonora. Quando a energia passa por ele, ioniza as

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moléculas de ar. Os átomos estimulados recebem energia suficiente para liberar elétrons

permitindo a passagem da corrente. Quando os elétrons voltam para sua respectiva

camada de valência, emitem de volta a energia em forma de luz visível, no caso, numa

freqüência azulada.

11) Como denominamos o ruído e a cor azulada que surgem durante a

descarga quando este fenômeno ocorre na natureza?

Quando a descarga ocorre devido à eletricidade estática em nuvens, o canal

ionizado é muito maior e a energia liberada é muitas ordens de grandeza maior do que a

energia liberada em um pequeno gerador de van der Graaff. A expansão brusca do canal

ionizado é então uma verdadeira explosão, gerando uma onda sonora de grande

intensidade, o trovão. Ou seja, os estalos do gerador são trovões em miniatura.

É exatamente o que acontece com um raio num dia chuvoso, mas em proporções

bem menores.

EXPERIMENTO II – ASSOCIAÇÃO DE LÂMPADAS

CIRCUITO EM PARALELO

Em nosso dia-a-dia utilizamos vários aparelhos elétricos onde são empregados

circuitos com dois ou mais resistores. Em muitos destes circuitos, um único resistor

deve ser percorrido por uma corrente elétrica maior que a suportada, e nestes casos

utiliza-se uma associação de resistores. Em outras aplicações vários resistores são

ligados um em seguida do outro para obter o circuito desejado, como é o caso das

lâmpadas decorativas de natal.

Os resistores podem ser associados basicamente de três maneiras diferentes:

Associação em série, associação em paralelo e associação mista.

Materiais

- painel para associações elétricas Balen;

- cabo elétricos de conexão;

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- fonte de alimentação;

- um multiteste regulado para voltímetro, numa escala capaz de detectar 2.2

VCC.

1) Classificar o tipo de associação elétrica existente entre as lâmpadas.

Associação em paralelo.

2) Feche o circuito e descreva o ocorrido quando a lâmpada L2 é retirada e

recolocada no circuito (procure descrever o ocorrido).

Por estarem em paralelo às lâmpadas L1 e L3 acendem normalmente, mas com

maior intensidade. Pois a corrente que passava em L2 se distribui entre L1 e L3.

3) A sua observação vale também para a lâmpada L1? Experimente?

Vale a mesma consideração por estarem em paralelo. L2 e L3 acendem

normalmente.

4) Caso você construísse dois circuitos elétricos, um em série e outro em

paralelo, em qual deles a remoção de uma lâmpada não apagaria as

demais?

No circuito em paralelo

5) Sob uma mesma tensão, em qual das associações estudadas as lâmpadas

brilhariam mais?

Em série

6) Em sua casa, quando uma lâmpada queima, as demais lâmpadas se

apagam? Com base em sua resposta qual o tipo de ligação existente em sua

casa?

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Não, pois apresenta uma associação em paralelo.

CIRCUITO EM SÉRIE

1) Identifique o tipo de associação existente entre as lâmpadas L1, L2, e L3.

Associação em série

2) Determine a tensão entre os pontos A e B.

Na fonte 2,2 v e no voltímetro entre 3,45v e 3,5v. As lâmpadas apresentam

resistências diferentes, logo dependendo da alimentação na fonte, algumas brilham mais

do que outras.

3) Ligue a chave e descreva o ocorrido quando a lâmpada L2 é retirada e

recolocada no suporte (procure descrever o ocorrido).

Não acendeu nenhuma lâmpada, porque a associação está em série. O fato se deve á

interrupção no fluxo da corrente elétrica.

4) A sua observação vale também para a lâmpada L1? Experimente.

Também não acendeu nenhuma lâmpada quando retirado L1, pois o sistema está em

série.

5) Caso um circuito possuísse 20 lâmpadas em série (como as existentes na

maioria dos enfeites de Natal) e uma das lâmpadas “queimasse”, o que

aconteceria com as demais lâmpadas do circuito? Procure justificar.

Quando há uma associação em série, qualquer lâmpada que esteja queimada

impossibilita o acendimento das demais.

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EXPERIMENTO III – FUNÇÃO DO FUSÍVEL (EFEITO JOULE)

Em eletrônica e em engenharia elétrica fusível é um dispositivo de proteção contra

sobrecorrente em circuitos. Consiste de um filamento ou lâmina de um metal ou liga

metálica de baixo ponto de fusão que se intercala em um ponto determinado de uma

instalação elétrica para que se funda, por efeito Joule, quando a intensidade de corrente

elétrica superar, devido a um curto-circuito ou sobrecarga, um determinado valor que

poderia danificar a integridade dos condutores com o risco de incêndio ou destruição de

outros elementos do circuito.

Fusíveis e outros dispositivos de proteção contra sobre corrente são uma parte

essencial de um sistema de distribuição de energia para prevenir incêndios ou danos a

outros elementos do circuito.

Materiais

- painel para associações elétricas Balen;

- cabo elétricos de conexão;

02- garras jacaré;

01- fonte de alimentação CC tipo EQ030 , ajustada para 2.2 VCC;

- voltímetro;

01- multiteste regulado para Voltímetro, numa escala capaz de detectar 2.2

VCC;

- palha de aço.

Medição feita em corrente alternada com precisão de 200mv medido no voltímetro.

1) Descreva o observado com o fio da palha de aço.

Aumentando a tensão na fonte a palha de aço (fusível) queima com uma

alimentação de 7 volts .

2) Qual a função de um filamento em uma lâmpada de filamento?

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Em lâmpadas incandescentes o filamento é composto por tungstênio. Tal filamento

é responsável por gerar energia luminosa quando a lâmpada é alimentada por uma

corrente elétrica, mas há também perda de energia em forma de calor, portanto este tipo

de lâmpada não é eficiente.

3) Quando você aumenta a quantidade de lâmpadas em paralelo, o que

acontece com a intensidade da corrente elétrica que circula no circuito?

Diminui a intensidade da corrente elétrica, pois aumenta a resistência.

4) De que modalidade de energia se origina a energia térmica que aquece os

elementos de um circuito elétrico?

Energia elétrica

5) O que aconteceria com os fios de sua residência se você fosse colocando

lâmpadas, motores, chuveiro elétrico, ventiladores, rádios, TVs e outros

eletrodomésticos a funcionarem ao mesmo tempo?

Aumentaria a intensidade da corrente elétrica, o que pode causar sobrecarga e

posteriormente aquecimento dos fios, podendo gerar incandescência.

6) Qual o perigo que apresenta uma intensidade de corrente elétrica muito

alta num circuito elétrico?

Pode danificar os equipamentos ligados ao circuito

7) Como você pode proteger um circuito elétrico de um excesso de intensidade

de corrente elétrica?

Usando fusível é possível proteger um circuito elétrico do excesso de intensidade da

corrente.

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EXPERIMENTO IV – RESISTORES (CÓDIGO DE CORES)

Enquanto as resistências bobinadas constituídas por um fio metálico enrolado

sobre um suporte isolante, as resistências de carvão são constituídas basicamente de

grafite (carvão) comprimida, revestida por uma camada isolante de cerâmica. O seu

valor nominal é apresentado por faixas coloridas (código de cores), que obedecem ao

seguinte critério: partindo da extremidade, as duas primeiras cores formam um número

com dois algarismos; a terceira cor corresponde ao expoente da potência de 10 que

multiplica o número inicial; a quarta cor corresponde à tolerância que mostra,

percentualmente, a faixa de valores em que pode variar a resistência do resistor.

Materiais

- painel para associações elétricas Balen;

1) Utilizando o código de cores, determine a faixa em que o valor da

resistência R1 do painel esta compreendido.

10x101Ω± 5%

2) Preencha a tabela a seguir, onde R1 a R8 representam o conjunto de 8

resistores cujos valores estejam indicados pelo código de cores.

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EXPERIMENTO V – LEI DE OHM

Observa-se, em uma grande família de condutores que, alterando-se a ddp (V) nas

extremidades destes materiais altera-se a intensidade da corrente elétrica i, onde as duas

grandezas variam proporcionalmente, isto é, o gráfico de V versus i é uma reta e,

portanto eles obedecem à lei de Ôhm.

Materiais

- painel para associações elétricas Balen;

- cabo elétricos de conexão;

R1 Marrom 1 Preto 0 Marrom 101

Ouro 5% 10x10

1Ω

± 5%

R2 Amarelo 4 Violeta 7 Laranja 103

Prata 10% 4,7x10

4

Ω±10%

R3 Vermelho 2 Violeta 7 Marrom 101

Ouro 5% 2,7x10

2

Ω±5%

R4 I Marrom 1 Preto 0 Marrom 101

Ouro 5% 10x10

1

Ω±5%

R4 II Marrom 1 Preto 0 Marrom 101

Ouro 5% 10x10

1

Ω±5%

R4

(final) Marrom 1 Preto 0 Marrom 10

1 Ouro 5%

5X101

Ω±2,5%

R5 Marrom 1 Preto 0 Marrom 101

Ouro 5% 1x10

2

Ω±5%

R6 Marrom 1 Preto 0 Marrom 101

Ouro 5% 1x10

2

Ω±5%

R7 Cinza 8 Vermelho 2 Vermelho 102

Ouro 5% 8,2x10

3

Ω±5%

R8 Amarelo 4 Violeta 7 Vermelho 102

Ouro 5% 4,7x10

3

Ω±5%

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- fonte de alimentação.

- amperímetro.

1) Como você chamaria este tipo de associação elétrica existente entre a chave

liga-desliga, resistência e o amperímetro?

Associação em série

2) Nesta atividade você irá considerar o condutor denominado R1

compreendido entre os pontos 1 e 5 do painel.Ligue a chave auxiliar e

descreva o observado no amperímetro.

Ajustando os fios de conexão conectados ao resistor e interligando ao amperímetro e

à fonte. Tem-se na fonte com ajuste mínimo o amperímetro apresentando um valor de

0,8mA com precisão de 200mA.

3) Troque de posição os pinos conectados ao amperímetro. Ligue novamente a

chave auxiliar e descreva o observado.

Apresenta o mesmo valor, porém com sinal inverso

4) O amperímetro aqui utilizado é de um modelo especial (possui inclusive um

indicador de polaridade). O que aconteceria a este instrumento, caso ele

fosse um modelo com ponteiro e o tivéssemos ligado com polaridade

trocada?

O ponteiro fica “batendo” próximo da origem

5) Com base em suas observações e respostas como você diria que se deve ligar

um medidor de corrente (amperímetro) a um circuito de corrente continua?

Tem que observar o ajuste das conexões de fios, pois estes que indicam o sentido da

corrente.

21

6) Regule a fonte de alimentação para 0,5 VCC e anote o valor lido no

amperímetro (em ampère).

Com um ajuste de precisão de 200mA no amperímetro é obtido o valor de 5,2mA

7) Com os dados obtidos complete a primeira linha da Tabela 1

Tabela 1

Tensão aplicada entre os

pontos 1 e 5 em Volt(V)

Intensidade da corrente

em ampère (A)

R=V/i

0,5 5,2 mA 96,1536 Ω

8) Procedendo como no item anterior, eleve a tensão da fonte de 0,5 volt em

0,5 volt, entre 1 e 2,5 VCC.Determinando, para cada caso, o valor da

intensidade de corrente I que circulou pela resistência R1, completando a

Tabela 1.

9) Com os dados da Tabela 1, faça o gráfico V versus I desta resistência.

Tensão aplicada entre os

pontos 1 e 5 em Volt(V)

Intensidade da corrente

em ampère (A)

R=V/i

0,5 5,2 mA 96,1536 Ω

1,0 10,4 mA 96,1538 Ω

1,5 15,4 mA 97,4025 Ω

2,0 20,5 mA 97,5609 Ω

2,5 25,4 mA 98,4251 Ω

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10) Classifique a figura geométrica obtida no gráfico.

Reta

11) Observando os quocientes obtidos na última coluna da Tabela 1, como você

diria que as grandezas tensão aplicada e a intensidade de corrente

circulante estão relacionadas?

Diretamente proporcionais

12) Qual o significado físico da declividade do gráfico V versus I?

Por ser linear, apresenta para dois parâmetros (tensão e corrente) uma razão

constante

13) Qual a relação existente entre a ddp(V) aplicada à resistência R1 e a

corrente I que por ele circula?

A ddp é diretamente proporcional à resistência e inversamente proporcional à

corrente.

14) Como você classificaria a resistência R1 utilizada nesta atividade?

Justifique sua resposta.

Elemento Resistivo Linear ou Ôhmico, pois a razão entre ddp e corrente é constante.

15) Indique a principal característica de uma resistência classificada como

ôhmica.

Curva para o gráfico V versus I ser linear

16) Após as atividades deste experimento, consulte seus apontamentos e livros e

dê a definição de OHM (a unidade de resistência elétrica) no Sistema

Internacional (SI).

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Ao aplicar-se uma diferença de potencial (tensão) V, sobre um condutor de

resistência R, circulara sobre este condutor uma corrente elétrica i, sendo o valor da

resistência dada pela equação:

𝑹 = 𝑽

𝒊

Onde V é medida em volts (V), i é medida em ampères (A) e R em ohms (Ω).

Esta equação é uma definição geral de resistência. Ela pode ser utilizada para

qualquer tipo de resistor.

EXPERIMENTO VI – RESISTOR NÃO-OHMICO

Observa-se, em uma grande família de condutores que, alterando-se a ddp (V)

nas extremidades destes materiais altera-se a intensidade da corrente elétrica i, mas a

duas grandezas não variam proporcionalmente, isto é, o gráfico de V versus i não é uma

reta e, portanto eles não obedecem à lei de Ôhm.

Materiais

- painel para associações elétricas Balen;

- cabo elétricos de conexão;

- fonte de alimentação.

- amperímetro.

1) Ligue a chave auxiliar e ele a tensão da fonte de 0,5 volt em 0,5 volt.

Completando a Tabela 2.

Tabela 2

Tensão entre os pontos 11

e 12 (em Volt)

Intensidade da corrente i

(em ampère)

R=V/i

(em Ω)

0,0 0,0016 0

0,5 0,0935 5,3476

1,0 0,1445 6,9204

24

1,5 0,1709 8,7770

2,0 0,1967 10,1677

2,5 0,27 9,2592

3,0 0,29 10,3448

3,5 0,31 11,2903

2) Faça o gráfico V versus I

Compare o gráfico traçado com o de um resistor ôhmico (por exemplo: o

utilizado na atividade “Lei de OHM”) e tire conclusões.

Elemento Resistivo Linear ou Ôhmico

É aquele em que a razão entre a d.d.p. aplicada e a intensidade de corrente que o

atravessa é constante. A resistência R do elemento resistivo é constante; e a curva V x i

é linear. Como exemplo: resistor metálico.

Elementos Resistivos Não Lineares ou Não-Ôhmico

São aqueles para os quais a razão entre a d.d.p. aplicada e a intensidade de

corrente que os atravessam não é constante. A resistência R do elemento não é

constante. Isto implica em que a sua curva V x i característica não é uma reta. Como

exemplo: varistor e lâmpada.

3) Sem ligar o conjunto, apenas utilizando a interpolação e a extrapolação

gráfica, complete a Tabela 3.

25

Tabela 3

Tensão

(em Volt)

Intensidade de corrente “i”

(em ampère)

R = V/i

(em Ohm)

0,5 0,0935 5,3476

2,25 0,248 9,0725

5,8 0,6392 9,0738

6,5 0,7163 9,0744

7,0 0,7714 9,0756

4) Você classificaria a resistência elétrica oferecida por esta lâmpada como

resistência ôhmica ou não-ôhmica? Justifique a sua resposta.

Resistência não-ôhmico, pois a resistência não é constante.

EXPERIMENTO VII - ASSOCIAÇÕES DE RESISTÊNCIAS

ELÉTRICAS (RESISTORES)

Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de

corrente elétrica pelo mesmo, quando existe uma diferença de potencial aplicada. Seu

cálculo é dado pela Lei de Ohm, e, segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é

medida em ohms.

Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um condutor metálico, um

número muito elevado de elétrons livres passa a se deslocar nesse condutor. Nesse

movimento, os elétrons colidem entre si e também contra os átomos que constituem o

metal. Portanto, os elétrons encontram certa dificuldade para se deslocar, isto é, existe

uma resistência à passagem da corrente no condutor. Para medir essa resistência, os

cientistas definiram uma grandeza que denominaram resistividade elétrica.

Materiais

- painel para associações elétricas Balen;

26

- cabo elétricos de conexão;

- um multiteste regulado para ohmímetro;

- fonte de alimentação.

Os valores medidos neste experimento foram feitos com um multímetro

regulado em 200 k Ω.

A comparação de valores calculados com os medidos em termos de tolerâncias

dos resistores será tratada posteriormente.

Para cálculo de erro do resistor será usada a equação abaixo:

𝐸𝑟𝑟𝑜 =|𝑅 𝑗

𝐹 − 𝑅 𝑗𝑅 |

𝑅 𝑗𝑅 𝑥 100%

Onde:

𝑅 𝑗 𝐹 (fabricante);

𝑅 𝑗𝑅 (multiteste).

1) Calcule a resistência equivalente entre os pontos 1 e 2 da associação.

Utilizando um cabo de conexão, meça a resistência equivalente entre os

pontos 1 e 2 da associação.

Valores medidos no multímetro: R1 ≅ 100,5 Ω

R2 ≅ 47,1 Ω

Valores pelo esquema de cores: R1 = 10x101Ω± 5%

R2 = 4,7x104Ω±10%

Erro de R1

𝐸𝑟𝑟𝑜 =|100 − 100,5|

100,5 𝑥 100%

27

𝐸𝑟𝑟𝑜 = 0,49%

Erro de R2

𝐸𝑟𝑟𝑜 =|47,2 − 47,1|

47,1 𝑥 100%

𝐸𝑟𝑟𝑜 = 0,21%

2) Calcule a resistência equivalente entre os pontos 1 e 7 da associação.

Valores medidos no multímetro: RT ≅ 47,5 Ω

R1=100 Ω

R2=47,2 Ω

R3=0,26 Ω

RT=0,26+100+47,10 → RT=147,86 Ω

3) Calcule a resistência equivalente entre os pontos 4 e 8 da associação.

Utilizando um cabo de conexão, meça a resistência equivalente entre os

pontos 4 e 8 da associação

Valores medidos no multímetro: R4 = 5,05x10³ e R4(final) = 5x10³

𝐸𝑟𝑟𝑜 = 5𝑥103 − 5,05𝑥102 𝑥100%

5,05𝑥10³

𝐸𝑟𝑟𝑜 = 0,99%

𝑅 =𝑅3𝑥𝑅4

𝑅3 + 𝑅4

28

𝑅 = 256 Ω

5) Conecte os pontos (3 e 4) e (7 e 8) conforme o esquema que se segue e

meça a resistência equivalente entre os pontos 4 e 8.

Utilizando um cabo de conexão, meça a resistência equivalente entre os

pontos da associação.

1

𝑅𝑒𝑞=

1

2,7𝑥10²+

1

5𝑥10³= 0,0237

𝑅𝑒𝑞 = 42,2 Ω

6) Calcule a resistência equivalente entre os pontos 2 e 8 da associação a

seguir.

Utilizando um cabo de conexão, meça a resistência equivalente entre os

pontos 2 e 8 da associação

Valores medidos no multímetro: R2=4,7x104 Ω

R4=5x10¹ Ω

1

𝑅𝑒𝑞=

1

4,7𝑥104+

1

5𝑥10¹= 0,02

𝑅𝑒𝑞 = 50Ω

As diferenças entre as estabelecidas pelos códigos de cores e as medidas

refletem a variação para mais ou menos nas legendas apresentadas em cada resistor.

EXPERIMENTO VIII - A RESISTÊNCIA OFERECIDA POR UM DIODO

E SUA POLARIZAÇÃO

O diodo é um semi-condutor. Quando inversamente polarizado, o diodo

praticamente não conduz. Em geral, para entender um circuito, considera-se o diodo

29

como sendo ideal, ou seja, conduz como um fio se polarizado diretamente e como um

circuito aberto quando reversamente polarizado.

Materiais

- 01 diodo (painel para associações elétricas);

- 01 multiteste regulado para ohmímetro;

- cabos de fio de conexão.

1) Meça a resistência elétrica oferecida pelo diodo conectado entre os

bornes 9 e 10.

Resistência elétrica= 2,57 MΩ.

2) Inverta os terminais do multiteste e meça novamente a resistência

elétrica oferecida pelo diodo.

Ao inverter os terminais, constatou-se que o valor do multímetro não conseguia

medir em nenhuma escala.

3) Segundo suas medições, como você diria que se comporta a resistência

elétrica, oferecida por um diodo, diante do sentido da corrente elétrica

que por ele circula?

O diodo é um semicondutor. Quando se inverte os terminais, a resistência

elétrica tende à zero, devido o circuito estar aberto.

4) Refaça a atividade anterior substituindo o diodo por um resistor

qualquer do painel.

30

Quando se é usado um resistor, a diferença para um resistor diodo é que apenas

o sinal irá inverter, mas o valor permanecerá o mesmo.

5) Compare o comportamento resistivo do resistor com o do diodo.

O diodo depende da polaridade, enquanto o resistor não precisa.

6) Se alguém lhe disser que um diodo oferece uma resistência elétrica baixa

e outro lhe disser que o diodo tem uma resistência alta, com qual das

duas opiniões você concordaria? Justifique sua resposta.

Depende, quando oferece tem uma resistência elétrica alta e quando são

inversamente polarizadas, oferece uma baixa resistência elétrica quando são diretamente

polarizadas.

EXPERIMENTO IX - MEDIÇÕES EM CIRCUITOS ELÉTRICOS E

POTÊNCIA ELÉTRICA

Define-se potência elétrica como a razão entre a energia elétrica transformada e

o intervalo de tempo dessa transformação.

A definição de potência elétrica, como se vê no quadro acima, não é o único

modo que nós temos para a sua determinação. Na eletrodinâmica, lidamos muito com os

valores de tensão elétrica e corrente elétrica, e, portanto, nos seria muito útil termos uma

maneira de determinar a potência elétrica sabendo os valores dessas grandezas.

Materiais

Voltímetro ligado em paralelo;

Amperímetro ligado em série.

- 01 chave multiuso

- Painel para associações elétricas Balen;

31

- cabos de fio de conexão;

- 01 voltímetro;

-01 amperímetro.

1) Classifique o tipo de associação resistiva que existe entre os pontos 4 e 8

do painel.

Associação em paralelo.

2) Classifique a associação existente entre as resistências elétricas

(resistores) R3, R4 e R5.

Associação em série.

3) Classifique a associação resistiva existente em todo o circuito.

Em todo circuito a associação em série, com exceção do voltímetro que

apresenta associação em paralelo.

4) Com a fonte regulada para 5VCC, ligue a chave geral e determine a

tensão aplicada entre os pontos 4 e 8 do circuito.

Voltímetro mediu 0,75V=7,5V.

Amperímetro mediu 152,9A.

5) Determine a intensidade de corrente total que circula no circuito.

Qual a intensidade de corrente que passa pela associação resistiva existente

entre os pontos 4 e 8?

32

No circuito em série, a intensidade da corrente tem o mesmo valor em qualquer

ponto, que é de 15,37 A

6) Determine a potência elétrica no intervalo do circuito formado pelos

resistores R4 e R5.

𝑃 = 𝑈𝑥𝐼

𝑃 = 15,35𝑥0,76

𝑃 = 11,66𝑤

7) Determine a tensão aplicada entre os pontos 3 e 5 do painel

Qual a queda de tensão provocada por R3, entre os pontos 3 e 5 ?

𝑈 = 4,18𝑣

𝑈 − 𝑅3 = 4,18 − 0,79 = 3,39𝑣 (queda de tensão)

8) Qual a potência elétrica desenvolvida entre os pontos 1 e 5 do circuito?

𝑃 = 𝑈𝑥𝐼

𝑃 = 4,27𝑥15,35

𝑃 = 65,54𝑤

9) Determine a tensão aplicada entre os pontos 3 e 8 do circuito.

Qual a potência elétrica total do circuito entre os pontos 3 e 8?

U=0,79V, pois está em paralelo (voltímetro).

𝑃 = 𝑈𝑥𝐼

33

𝑃 = 0,79𝑥15,35

𝑃 = 12,12𝑤

EXPERIMENTO X - A AÇÃO DA FORÇA ELETROMAGNÉTICA NO

BALANÇO CONDUTOR IMERSO NUM CAMPO MAGNÉTICO, QUANDO

POR ELE CIRCULA UMA CORRENTE ELÉTRICA.

No estudo da Física, o eletromagnetismo é o nome da teoria unificada

desenvolvida por James Maxwell para explicar a relação entre a eletricidade e o

magnetismo. Esta teoria baseia-se no conceito de campo eletromagnético.

O campo magnético é resultado do movimento de cargas elétricas, ou seja, é

resultado de corrente elétrica. O campo magnético pode resultar em uma força

eletromagnética quando associada a ímãs.

A variação do fluxo magnético resulta em um campo elétrico (fenômeno

conhecido por indução eletromagnética, mecanismo utilizado em geradores elétricos,

motores e transformadores de tensão). Semelhantemente, a variação de um campo

elétrico gera um campo magnético. Devido a essa interdependência entre campo elétrico

e campo magnético, faz sentido falar em uma única entidade chamada campo

eletromagnético.

Materiais

01- Conjunto eletromagnético Kurt

01-base principal com sapatas, bornes, trilhos articuláveis com orifícios,

indicador articulável projetável do sentido da corrente elétrica, indicadores articuláveis

projetáveis do sentido do vetor indução eletromagnética, luvas deslizantes

01 - fonte de alimentação regulada para 3VCC

- cabos de fio de conexão;

01 – chave multiuso.

34

1) Ligue a chave de modo que a corrente circule no sentido indicado na

Figura e comente o observado.

Que agente físico atuou sobre o balanço para que ele saísse do repouso?

Ação da força eletromagnética. Observamos que a haste, quando ligada à chave

multiuso, se desloca no sentido do conjunto.

2) Posicione o imã com o pólo norte para baixo e posicione o indicador

para a nova orientação do vetor B

Ligue a chave de modo que a corrente circule no sentido indicado e comente

o observado.

Como se comporta o sentido da força eletromagnética, que atuou no

balanço, em relação ao sentido do vetor campo magnético B?

Quando invertemos os pólos, a haste se desloca para fora do conjunto.

3) Torne a posicionar o ímã como pólo norte para cima e assinalar a nova

orientação de B.

Ligue a chave de modo que a corrente circule no sentido indicado na figura

e grafique na Figura 4 o sentido da força eletromagnética que atuou no balanço.

Comportam-se em sentidos contrários.

4) Inverta o sentido da corrente através da chave inversora (Figura 6) e

comente o observado.

A haste se desloca em sentido ao conjunto, como no item 2.

35

5) Você diria que o sentido da força eletromagnética atuante no condutor

imerso em B, depende do sentido da corrente que por ele circula?

Justifique a sua resposta com base em suas observações.

Sim, pois depende do sentido da corrente que circula no condutor.

6) Segundo suas observações, qual é a natureza da força que provocou o

deslocamento no condutor retilíneo na região submetida à indução

magnética B?

Força eletromagnética.

7) Utilize a regra da mão direita para identificar o sentido de umas das três

grandezas envolvidas quando duas forem conhecidas. Identifique a

orientação de i.

Para baixo.

8) Identifique as características da força eletromagnética que provocou o

deslocamento do condutor retilíneo.

A direção da força eletromagnética F atuante é: horário ao plano formado pelas

direções de B e de i

O sentido da força eletromagnética atuante F pode ser definido pela regra da

mão direita diz: Para baixo.

O módulo da força eletromagnética atuante F é calculado pela expressão:

F= Bil sen θ

Identifique cada termo da expressão acima.

F: força eletromagnética

36

B: vetor indução magnética

I: corrente elétrica

sinѲ: ângulo formado entre a corrente e o campo eletromagnético.

EXPERIMENTO XI - O MOTOR ELÉTRICO DE CORRENTE

CONTÍNUA

Corrente contínua, corrente direta, corrente galvânica ou ainda corrente

constante (CC ou DC do inglês direct current) é o fluxo constante e ordenado de

elétrons sempre numa direção. Esse tipo de corrente é gerado por baterias de

automóveis ou de motos (6, 12 ou 24V), pequenas baterias (geralmente de 9V), pilhas

(1,2V e 1,5V), dínamos, células solares e fontes de alimentação de várias tecnologias,

que retificam a corrente alternada para produzir corrente contínua. Normalmente é

utilizada para alimentar aparelhos eletrônicos (entre 1,2V e 24V) e os circuitos digitais

de equipamento de informática (computadores, modems, hubs, etc.).

Este tipo de circuito possui um polo negativo e outro positivo (é polarizado),

cuja intensidade é mantida. Mais corretamente, a intensidade cresce no início até um

ponto máximo, mantendo-se contínua, ou seja, sem se alterar. Quando desligada,

diminui até zero e extingue-se.

Materiais

01-conjunto eletromagnético Kurt

01-base principal com sapatas, bornes, trilhos articuláveis com orifícios,

indicador articulável projetável do sentido da corrente elétrica, indicadores articuláveis

projetáveis do sentido do vetor indução eletromagnética, luvas deslizantes

- cabos de fio de conexão;

01-chave multiuso

01-Fonte de alimentação

37

02-hastes paralelas

01-moto elementar com ímãs NdFeBo e afastador

1) Verifique o caminho que será percorrido pela corrente elétrica dando

especial atenção às pequenas hastes do motor. Para que serve o esmalte ao

redor do fio da bobina do motor?

Observando o motor, que diferença existe em relação a parte esmaltada das

hastes retas mais grossas da bobina do motor?

Em funcionamento, os efeitos térmicos e elétricos agem também sobre o

material isolante no fio. Por esta razão, eles devem ter uma boa isolação térmica e

elétrica. O esmalte utilizado atualmente no fio garante estas propriedades, sendo a

propriedade mecânica assegurada pela camada externa do esmalte que resiste a forças

de abrasão durante a inserção do mesmo nas ranhuras do estator. A camada de esmalte

interna garante a alta rigidez dielétrica.

2) Girando o motor elementar lentamente com a mão, verifique se existem

situações em que a corrente elétrica poderá ou não circular pelo circuito.

Ao inverter o sentido da corrente, de positivo para negativo, para negativo para

positivo, o motor rotaciona.

3) Ligue a chave e dê um giro inicial na bobina. Descreva o observado.

O motor começou a rodar no sentido anti-horário.

4) Identifique o sentido que a corrente teria que circular na bobina do motor

para justificar a ação da força indicada.

Sentido horário.

5) Grafique a orientação do vetor indução magnética B2, gerado pelo ímã.

38

Olhando a bobina como ímã, determine seus pólos magnéticos N e S.

B1 B2

6) O que aconteceria com a bobina no momento em que seu pólo sul ficasse

voltado para o pólo norte do ímã permanente?

Justifique o fato da bobina girar.

Sentido anti-horário: norte-sul, pois ao ligar a corrente elétrica, esse sentido é de

repulsão.

Sentido horário: sul-norte. Ao ligar à corrente, o sentido é de repulsão.

7) Procure justificar, com base em sua resposta anterior, o motivo pelo qual,

não foi removido totalmente o esmalte isolante do fio, numa das hastes de

contato do motor.

A camada externa do esmalte resiste à força de abrasão durante a inserção do

mesmo no conjunto.

8) Usando a regra da mão direita, identifique as forças eletromagnéticas que

atuam nos extremos da espira, justificando o giro sofrido.

Força magnetomotriz.

i

B

F

B

F

i

39

EXPERIMENTO NO LABORATÓRIO WEG (05/05/2011)

1) Considerando 50 voltas, quantas espiras precisam ter para calcular cada

uma das rotações do secundário?

𝑁1

𝑁2=

𝑉1

𝑉2

(4-3)

50

𝑁2=

220

6,6

𝑁2 =50

33,3

𝑁2 = 1,5

(4-5)

50

𝑁2=

220

6,6

𝑁2 =50

33,3

𝑁2 = 1,5

(4-2)

50

𝑁2=

220

13,3

𝑁2 =50

16,54

𝑁2 = 3,03

(4-6)

50

𝑁2=

220

13,3

𝑁2 = 3,03

(2-6)

50

𝑁2=

220

26,6

𝑁2 =50

8,27

𝑁2 = 6,046

2) Considerando o fator de potência (a=1), calcule a corrente do primário e do

secundário para a relação.

(4-6)

𝑖 =100

13,3

𝑖 = 7,52𝐴

(4-5)

𝑖 =100

6,6

𝑖 = 15,15𝐴

(4-2)

𝑖 =100

13,3

𝑖 = 7,52𝐴

(4-3)

𝑖 =100

6,6

𝑖 = 15,15𝐴

(2-6)

𝑖 =100

26,6

𝑖 = 3,75𝐴

PRIMÁRIO

𝑖 =100

220

𝑖 = 0,45𝐴

40

Conclusão

Ao longo do curso vários experimentos foram realizados o que ajudou na

compreensão do estudo da eletrostática e eletrodinâmica, pois é um ramo que trata de

fenômenos que em sua maioria, necessitam de situações práticas dadas às condições em

que ocorrem em escala atômica, um campo da física que tem diversas aplicações nos

dias atuais e facilitou muito o avanço tecnológico e compreensão dos fenômenos da

natureza.

Com o auxílio do Matlab foi possível criar gráficos que representam

características de resistores ôhmicos e não-ôhmicos. Além disso, foi possível criar

experimentos lúdicos com materiais recicláveis, tornando o estudo ainda mais acessível

e ao mesmo tempo prático

41

Referências consultadas

JUNIOR, Francisco Ramalho.; FERRARO, Nicolau Gilberto.; SOARES, Paulo Antônio

de Toledo. Fundamentos da Física. 9. ed. São Paulo, Editora Moderna, 2007. 2 v.

RESNICK, R. & HALLIDAY, D. Fundamentos da Física. 6.ed. Rio de Janeiro, LTC,

1996. 3v.

Wikipédia

http://pt.wikipedia.org/

(acesso feito entre os dias 25 e 30 de abril de 2011)

Portal de eletrônica

http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/27/37/

(acesso feito entre os dias 27 e 30 de abril de 2011)

Universidade de São Paulo

http://www.cienciamao.usp.br/tudo/pmd.php?cod=_pmd2005_1010

(acesso feito entre os dias 02 e 07 de maio de 2011)

Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp

http://www.fem.unicamp.br/~em057/metvaria.pdf

(acesso feito entre os dias 02 e 08 de maio de 2011)