Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 1/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
Resistências LDR e NTC
Resultados e Conclusões através de Experimentação
Projeto FEUP 2016 MIEEC
Equipa 1: Estudantes & Autores:
Miguel Lousada [email protected] Carlos Pinto [email protected]
José Veloso [email protected] João Casanova [email protected]
Supervisor: João Paulo Sousa Monitor: Gonçalo Gil Carvalho
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 2/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
Resumo
No contexto do Projeto FEUP, o nosso grupo tinha como principal objetivo testar
diferentes resistências mediante a variação de temperatura e luminosidade e analisar os
resultados.
Como tal decidiu-se realizar duas experiências distintas com uma resistência LDR e outra
NTC. A primeira foi isolada da luz ambiente e exposta a um foco de intensidade regulável. A
segunda foi submersa, em primeira instância, em água no ponto de fervura, deixando depois
a água arrefecer até à sua temperatura ambiente. O arrefecimento foi acelerado pontualmente
com a adição de quantidades regulares de água tépida e a agitação providenciada por uma
bomba de ar.
Concluiu-se consequentemente que as resistências revelam uma variação consoante a
mudança destes fatores e comparámos com as descrições dos fabricantes.
Palavras-Chave
NTC; LDR; resistência; luminosidade; temperatura; multímetro; lux; ohm; Celsius;
fotocondutividade; semicondutor
Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer a todos os professores e monitores que nos apoiaram no
decorrer do projeto FEUP.
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 3/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
Índice
Lista de figuras.......................................................................4
Lista de acrónimos.................................................................4
1. Introdução..........................................................................5
2. Resistências.......................................................................5
2.1. LDR’s........................................................................5
2.1.1. História.............................................................6
2.1.2. Funcionamento................................................6
2.1.3. Aplicações........................................................7
2.1.4. Experiência e Procedimento............................7
2.1.5. Resultados.......................................................8
2.2. NTC's........................................................................9
2.2.1. História.............................................................9
2.2.2. Funcionamento................................................10
2.2.3. Aplicações.......................................................10
2.2.4. Experiência e Procedimento...........................11
2.2.5. Resultados......................................................12
3. Conclusões.......................................................................13
4. Anexos..............................................................................14
5.Referências bibliográficas..................................................17
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 4/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
Lista de figuras
Figura 1: imagem de uma LDR semelhante à usada
Figura 2: Valores da resistência LDR quando sujeita à luminosidade regulada
Figura 3: Valores da resistência LDR publicados pelo produtor do instrumento
Figura 3: imagem da NTC usada na experiência
Figura 4: imagem do material e da montagem da experiência
Figura 5: Valores da resistência NTC quando sujeita à temperatura regulada
Figura 6: Valores da resistência NTC calculados segundo a fórmula do fornecedor
Figura 8: Fórmula de cálculo da resistência disponibilizada pelo fornecedor Vishay
Lista de acrónimos
LDR-Light Dependent Resistor
NTC-Negative Temperature Coefficient
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 5/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
1. Introdução
Este trabalho pretende elucidar o público sobre o funcionamento das resistências do tipo
LDR e NTC. Assim sendo, submeteu-se as ditas resistências a testes onde determinados
fatores (temperatura e luminosidade) sofriam variações controladas, de forma a estabelecer
a relação com a grandeza da resistência.
2. Resistências
Designa-se por resistência elétrica a capacidade de um corpo se opor à passagem de
corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada. O seu cálculo é
dado pela Primeira Lei de Ohm, e, segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é
medida em ohm.
Quando um condutor metálico é exposto a uma corrente elétrica, um número elevado de
eletrões livres passa a deslocar se nesse condutor. Nesse movimento, os eletrões colidem
entre si e contra os átomos que constituem o metal. Os eletrões encontram, assim, uma
oposição a sua passagem, isto é, existe uma resistência ao fluxo da corrente no condutor.
2.1 LDR's
LDR ou Fotoresistência é um resistor cuja resistência varia conforme a intensidade da
luz que incide sobre ele. Por norma, à medida que a intensidade da luz aumenta, a sua
resistência diminui. É de salientar que os LDR's são economicamente acessíveis.
Figura 1
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 6/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
2.1.1 História
Os LDR's já existem desde o século XIX, aquando da descoberta da fotocondutividade
no selénio pelo engenheiro Willoughby Smith em 1873. Desde então várias variantes de LDR's
foram feitas. Por volta do ano de 1920 Theodore W. Case publica "Thalofide Cell - a new
photo-electric cell", onde descreve a sua nova célula composta por uma mistura de oxigénio,
enxofre e tálio que, em comparação com o selénio, respondem mais rapidamente às
variações de luminosidade e não são danificadas quando expostas a radiações de maior
frequência.
Posteriores estudos realizados nos anos de 30 e 40 incluíram seleneto de chumbo, sulfato
de chumbo e telureto de chumbo. Mais tarde, em 1952, Rollin e Simmons desenvolveram os
seus LDR's com base em silício e germânio.
2.1.2 Funcionamento
A LDR é construído a partir de material semicondutor com elevada resistência elétrica.
Quando a luz que incide sobre o semicondutor tem uma frequência suficiente, os fotões que
incidem sobre o semicondutor libertam eletrões para a banda condutora que irão melhorar a
sua condutividade e assim diminuir a resistência.
A LDR é feita a partir de um pedaço de material semicondutor exposto, como o sulfureto
de cádmio que muda a sua resistência elétrica de vários milhares Ohms no escuro para
apenas algumas centenas de Ohms quando exposta à luz.
O efeito direto é uma melhoria da sua condutividade com uma diminuição da resistência
para um aumento na iluminação. Além disso, as LDR's têm um tempo de resposta longo para
uma dada mudança na intensidade da luz (normalmente este tempo ronda os 10
milissegundos, podendo atingir 1 segundo), quando comparados com foto díodos, que têm
aplicações semelhantes aos LDR ainda que funcionem de maneira diferente.
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 7/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
2.1.3 Aplicações
Os LDR's são usados em vários circuitos: medidores de luz em câmaras, alarmes, e
outros circuitos que não necessitem de sensores de luz muito precisos. Um caso particular
são as lâmpadas de rua, que utilizam LDR's para determinar a luminosidade ambiente, e, se
detetarem um grau de luminosidade baixo ligam-se, economizando energia nos tempos de
alta luminosidade.
2.1.4 Experiência e Procedimento
A fim de confirmar a relação luminosidade-resistência de uma LDR, o nosso grupo
concebeu a seguinte experiência:
Inicialmente fez-se uma ligação da resistência (LDR) a um ohmímetro com o auxílio de
uma breadboard. De seguida colocou-se o lucímetro na proximidade da LDR, ligando o
candeeiro ao potenciómetro. De maneira a que este estivesse isolado da iluminação externa
e com uma luminosidade inicial de 0 lux, utilizou-se um casaco colocado sobre todo o material,
não entrando assim em contacto com a LDR. Por fim iniciamos as medições da resistência, à
medida que aumentávamos a luminosidade.
Material:
Multímetro;
LDR;
Lucímetro;
Potenciómetro;
Candeeiro;
Breadboard.
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 8/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
2.1.5 Resultados
Com base nos valores obtidos pelo lucímetro (em lux) e os valores de resistência do LDR
(em Ohm), obteve-se o seguinte gráfico:
*em anexo encontram-se as tabelas com os valores que foram registados e usados para criar o gráfico
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00
Res
istê
nci
a (k
Oh
m)
Luminosidade (lux)
Resistência LDR em função da luminosidade
Figura 2*
Figura 3
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 9/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
2.2 NTC's
Os NTC's são resistências que variam inversamente com a temperatura. Isto significa que
uma subida de temperatura provoca no NTC uma descida na resistência elétrica. Assim os
NTC's são um exemplo de termístor, ou seja, uma resistência dependente da temperatura.
Tal como os LDR's, os NTC's são componentes eletrónicos economicamente acessíveis.
Figura 4
2.2.1 História
Desde os inícios do século XIX, que se consegue fazer variar a resistência com a
temperatura. Assim, estas resistências foram usadas em inúmeras situações mesmo sendo
necessária uma variação mais radical na temperatura para mudar a resistência. Geralmente
os termístores implicam o uso de semicondutores, que fornecem uma resistência muito maior
para uma dada variação de temperatura.
Inicialmente usaram-se compostos metálicos. O coeficiente de temperatura negativo
foi observado por Faraday quando mediu a variação da resistência em sulfato de prata. No
entanto, só mais tarde é que os óxidos metálicos se tornaram disponíveis comercialmente.
A segunda guerra mundial motivou a investigação e estudou-se os cristais de
germânio, e mais tarde os resistores de silício.
Apesar de haver estes dois tipos de termístor (os óxidos metálicos e os
semicondutores) eles não se comparam devido ao facto de serem bastante distintos a nível
da gama de temperaturas em que atuam.
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 10/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
2.2.2. Funcionamento e Composição
Os termístores podem tomar diversas formas e podem ser constituídos de diversos
materiais, dependendo do fim para que são feitos e das temperaturas a que vão ser
submetidos. O aumento da temperatura liberta os eletrões para a banda condutora diminuindo
a resistência do material.
Os termístores de óxidos metálicos são geralmente usados para temperaturas entre os
200 K e os 700 K. Estes termístores são feitos utilizando um pó muito fino do material que se
pretende utilizar, sendo este comprimido e posteriormente sintetizado. Os materiais mais
utilizados são o óxido de manganês, óxido de níquel, óxido de cobalto, óxido de cobre e o
óxido de ferro.
Os termístores semicondutores são utilizados para temperaturas muito mais baixas. Os
termístores de germânio são mais utilizados, e atuam em temperaturas inferiores a 100 Kelvin.
Termístores de silício podem ser utilizados para temperaturas mais baixas que 250 Kelvin.
2.2.3. Aplicações
Os NTC's são usados como sensores de temperatura. Assim há diversas aplicações para
estes termístores, tais como: termómetros, medindo a temperatura; circuitos de proteção,
desativando o circuito quando a temperatura atinge um valor crítico perigoso para o circuito;
termostátos, ligando ou desligando o circuito conforme a temperatura, entre outros.
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 11/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
2.2.4. Experiência e Procedimento
A fim de comprovar a relação temperatura-resistência de um NTC, o nosso grupo
concebeu a seguinte experiência:
Inicialmente começou-se por encher uma chaleira elétrica com água e ligá-la, de seguida
colocando o NTC dentro dum tubo (com fios ligados a um ohmímetro, com o auxílio de uma
breadboard) a fim de evitar contacto direto com a água. Posteriormente colocou-se a
resistência dentro de uma gaiola (o contentor de água), que foi então enchida com a água
quente até ao ponto de submersão da resistência. Colocou-se ainda o termómetro no fundo
da gaiola dentro do tubo e junto da resistência para que a sua temperatura fosse o mais
próxima possível da temperatura a que a resistência estivesse exposta;
Finalmente regaram-se as variações de resistência com a temperatura à medida que a
água ia arrefecendo (naturalmente, ou com adição de água á temperatura ambiente a fim de
acelerar as variações de temperatura).
Material:
Termómetro;
Chaleira elétrica;
Tubos/mangueira;
Gaiola de tartaruga (grilo);
Multímetro;
Breadboard.
Figura 5
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 12/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
2.2.4. Resultados
Com base nos valores lidos de temperatura (em graus Celsius) e nos valores
de resistência obtidos pelo ohmímetro (em Ohm), obteve-se o seguinte gráfico:
Figura 6*
*em anexo encontram-se as tabelas com os valores que foram registados e usados para criar o gráfico
Figura 7 Figura 8
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 13/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
3. Conclusões
Com base nos resultados das experiências podemos constatar que as LDR's respondem
ao aumento da luminosidade neles incidente com um decréscimo na sua resistência. Este
fenómeno permite que sejam utilizadas em aplicações em que seja do interesse do homem
avaliar o grau de luminosidade e desenvolver uma resposta em função desse parâmetro
(luzes automáticas, alarmes, …).
De modo semelhante podemos concluir que os NTC's reagem ao aumento da temperatura
a que se encontram com uma diminuição da sua resistência. Assim, podem ser utilizados de
modo a criar circuitos que respondam às variações de temperatura (termómetros,
termostatos, proteção de circuitos).
Denotámos igualmente a esperada coerência entre os valores obtidos e os valores
fornecidos pelas empresas responsáveis pela sua produção, havendo naturalmente algumas
inconsistências causadas pela prática experimental.
A fácil aquisição destes dois componentes eletrónicos também os torna ideais para um
ambiente independente de recursos limitados, sendo ideais para a aplicação em projetos de
estudantes.
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 14/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
4.Anexos
Luminosidade (lux) Resistência (kOhm)
0,30 37,00
1,00 32,00
4,00 18,00
6,50 13,34
9,00 10,11
10,60 9,68
15,00 7,65
16,00 6,70
19,40 5,94
23,40 5,08
25,60 4,48
32,70 3,50
48,50 2,48
60,50 2,04
72,30 1,78
82,50 1,67
101,50 1,48
118,30 1,24
138,70 1,09
160,00 0,96
191,70 0,80
257,30 0,65
295,50 0,59
360,00 0,49
462,00 0,46
657,00 0,36
800,00 0,30
1000,00 0,26
1200,00 0,23
1885,00 0,19
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 15/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
Resistência (ohm) Temperatura (ºC) Resistência (ohm) Temperatura (ºC)
63,80 5,64 49,10 9,29
63,30 5,70 48,90 9,37
63,10 5,73 48,70 9,47
63,00 5,85 48,50 9,55
62,50 5,99 48,30 9,57
62,20 6,06 48,2 9,57
61,50 6,15 48,1 9,59
61,20 6,20 48 9,62
61,00 6,24 47,9 9,69
60,70 6,28 47,8 9,78
60,30 6,39 47,5 9,85
60,10 6,45 47,4 9,9
59,80 6,55 47,2 9,93
59,40 6,62 47,1 9,94
59,10 6,70 46,8 10,08
58,70 6,79 46,5 10,18
58,30 6,86 46,4 10,24
58,00 6,95 46,3 10,3
57,70 7,02 46,1 10,33
57,10 7,11 46 10,35
56,40 7,35 45,8 10,39
56,00 7,54 45,7 10,47
56,60 7,58 45,5 10,55
54,90 7,70 45,4 10,62
54,50 7,86 45,3 10,67
54,20 7,93 45,1 10,69
53,90 8,03 45 10,7
53,60 8,08 44,7 10,86
53,30 8,15 44,3 11,05
53,10 8,20 44,2 11,09
52,80 8,42 44,1 11,12
52,20 8,40 43,9 11,17
52,00 8,48 43,8 11,23
51,80 8,56 43,6 11,26
51,50 8,62 43,5 11,28
51,30 8,68 43,3 11,33
51,10 8,78 43,2 11,37
50,90 8,13 43,1 11,47
50,70 8,97 42,9 11,5
50,20 9,10 42,8 11,66
50,00 9,15 42,7 11,74
49,80 9,17 42,5 11,8
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 16/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
Resistência (ohm) Temperatura (ºC) Resistência (ohm) Temperatura (ºC)
49,50 9,19 42,4 11,87
41,9 12,02 36,9 14,32
41,8 12,07 36,8 14,43
41,6 12,14 36,7 14,46
41,5 12,2 36,6 14,46
41,4 12,24 36,5 14,51
41,2 12,27 36,4 14,55
41,1 12,3 36,3 14,58
40,9 12,37 36,2 14,63
40,8 12,42 36,1 14,72
40,6 12,49 35,9 14,85
40,5 12,53 35,8 15
40,4 12,59 35,7 15,1
40,3 12,63 35,6 15,17
40,2 13,5 35,5 15,28
39,9 13,6 35,4 15,54
39,8 13,68 35,2 15,46
39,7 13,73 35,1 15,4
39,6 13,77 35 15,7
39,5 13,79 34,8 15,65
39,4 13,82 34,7 15,7
39,3 13,84 34,6 15,93
39,2 13,88 34,5 15,98
39,1 13,94 34,3 16,11
39 13,98 34,2 16,1
38,9 14,02 34,1 16,15
38,8 14,04 34 16,12
38,7 14,07 33,9 16,11
38,6 14,11 33,8 16,14
38,5 14,18 33,7 16,19
38,4 14,26 33,6 16,23
38,3 14,3 33,5 16,28
38,2 14,2 33,4 16,31
38,1 14,1 33,3 16,32
38 14,25 33 16,87
37,9 14,28 32 17,3
37,7 14,14 31 18,55
37,6 14,2 30 18,95
37,5 14,16 29 19,6
37,4 14,15 28 20
37,3 14,15 27 21,2
37,2 14,21
37,1 14,25
Resistências LDR e NTC - Resultados e Conclusões através de Experimentação 17/17
Formatada: Avanço: Antes: 0", Espaçamento entre
linhas: simples, Tabulações: Não em 6.19"
5.Referências Bibliográficas
Instituto Newton C. Braga. 2010. NTC. Acedido a 27 outubro.
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/almanaque/1304-ntc.html
Poole, Ian. 2016. "Light Dependent Resistor, Photoresistor, or Photocell". Acedido
a 25 Outubro.
http://www.radio-
electronics.com/info/data/resistor/ldr/light_dependent_resistor.php
V. Ryan. 2004. "Light Dependent Resistors". Acedido a 25 Outubro.
https://paginas.fe.up.pt/~projfeup/submit_15_16/uploads/relat_1MIEEC07_6.p
df
2016. “Photoresistor”. Acedido a 25 de Outubro.
https://en.wikipedia.org/wiki/Photoresistor
2016. Resistência Elétrica. Acedido a 24 Outubro.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Resist%C3%AAncia_el%C3%A9trica
Case, Theodore. 1920. "Thalofide Cell – A New Photo-Electric Substance.".
Acedido a 25 Outubro.
http://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.15.289
Poole, Ian. 2016. "Thermistor Tutorial". Acedido a 25 Outubro.
http://www.radio-electronics.com/info/data/resistor/thermistor/ntc-
negative-temperature-coefficient.php
Top Related