Experimento: Circuitos Elétricos

Transcrição

1 Experimento: Circuitos Elétricos 3ª série Mesa Laboratório de Física Prof. Reinaldo / Marcos / Monaliza Data / / Objetivos Observar o funcionamento dos circuitos elétricos em série e em paralelo, fazendo medidas de tensões e correntes; calcular e comparar potências elétricas; observar a dependência da resistência com a temperatura; estudar as pilhas como geradores reais. Materiais 2 pilhas formando uma bateria de aproximadamente 3,00 volts, 2 lâmpadas semelhantes, voltímetro, amperímetro, garras e fios de ligação. Dicas i. As conexões devem ser bem firmes. Firmá-las com os dedos é bom e não afeta as medidas. ii. As pilhas não devem ser colocadas em curto. Fique atento a isso! iii. Tenha a lâmpada L 1 sempre em vista, e não a confunda com a L 2, pois elas são ligeiramente diferentes. iv. Medir a tensão das pilhas em suas garras e a tensão das lâmpadas nas extremidades de seus fios. v. Trabalhar com o voltímetro na posição 20 Vcc (10 horas) e o amperímetro na posição 10 Acc (7 horas). vi. Manter os circuitos desligados quando não estiver fazendo medidas. vii. Todos os resultados de cálculos e de medidas devem ser apresentados com 2 casas decimais. Parte Zero Medidas iniciais a) Com as pilhas desconectadas de qualquer circuito, meça sua tensão inicial. U = (Dica: a tensão das pilhas deve ser medida em suas garras-jacaré, firmando o contato com os dedos) b) Observe abaixo os valores nominais (teóricos) de tensão e corrente da lâmpada L 1, fornecidos pelo fabricante: tensão U = 2,60 V e corrente i = 0,30 A c) Com os valores acima, calcule a potência nominal dessa lâmpada, aquela que seria dissipada nas condições ideais. P nominal =

2 Parte Um Circuito simples com 1 lâmpada Monte um circuito simples, ligando as pilhas apenas à lâmpada L 1. Observe bem o seu brilho, que chamaremos de normal. Esse brilho será nossa referência daqui em diante. Desenhe abaixo um esquema do circuito montado. d) Meça a tensão que as pilhas estão fornecendo à lâmpada L 1. U simples = e) Meça a corrente que as pilhas estão fornecendo à lâmpada L 1. Para isso, abra o circuito e conecte o amperímetro em série com ela. i simples = f) Agora que você tem valores medidos de tensão e corrente na lâmpada, calcule sua potência real nesta situação. P simples = Parte Dois Circuito com 2 lâmpadas em série Monte agora um circuito onde as pilhas estejam ligadas às duas lâmpadas em série. Observe o brilho de cada uma delas. Compare-os com o brilho normal : Desenhe abaixo um esquema do circuito montado. g) Meça agora a tensão total que as pilhas estão fornecendo às lâmpadas. U série = Meça também a tensão em cada uma das lâmpadas. Para isso, conecte o voltímetro em paralelo com cada uma delas, uma de cada vez, firmando as pontas de prova nas extremidades dos fios de cada lâmpada. U 1s = ; U 2s = 2

3 h) Meça a corrente total que as pilhas estão fornecendo às lâmpadas. i série = i 1s = i 2s = i) Agora que você tem valores medidos de tensão e corrente em cada lâmpada, calcule suas potências reais nesta nova situação. Observe que P série é a potência total fornecida às lâmpadas, que é a soma de P 1s e P 2s. P 1s = ; P 2s = ; P série = Parte Três Circuito com 2 lâmpadas em paralelo Finalmente, monte um circuito onde as pilhas estejam ligadas às duas lâmpadas em paralelo. Observe o brilho de cada uma delas. Compare-os com o brilho normal : Desenhe abaixo um esquema do circuito montado. j) Meça a tensão que as pilhas estão fornecendo às lâmpadas. U paralelo = U 1p = U 2p = k) Meça a corrente total que as pilhas estão fornecendo às lâmpadas. i paralelo = Meça também a corrente em cada uma das lâmpadas. Para isso, abra o circuito e conecte o amperímetro em série com cada uma delas, mantendo a outra acesa. i 1p = ; i 2p = (Dica: o amperímetro deve entrar após a bifurcação, medindo a corrente que vai para uma das lâmpadas de cada vez) l) Agora que você tem valores medidos de tensão e corrente em cada lâmpada, calcule suas potências reais nesta nova situação. Observe que P paralelo é a potência total fornecida às lâmpadas, que é a soma de P 1p e P 2p. P 1p = ; P 2p = ; P paralelo = 3

4 Muito bem! Após ter feito todas as medidas e de te r observado os brilhos das lâmpadas nos diversos circuitos... vamos às conclusões! Parte Quatro Conclusões Vamos começar pensando na lâmpada L 1 como um resistor de resistência R. m) Calcule o valor da resistência R da lâmpada L 1 utilizando os valores medidos de tensão U e corrente i aplicados a ela em cada parte do experimento. (Dica: cuidado para não calcular a resistência do circuito todo!) Parte Um - simples: R = Parte Dois - série: R = Parte Três - paralelo: R = n) Sabemos que a resistência de um metal aumenta com a temperatura. A resistência R da lâmpada L 1, calculada no item anterior, permaneceu constante? Se houve variação de R, verifique se é possível relacioná-la à temperatura do filamento da lâmpada em cada circuito montado. Vamos pensar agora no conjunto de pilhas como um gerador real! o) Observe atentamente a tensão U das pilhas nos itens a, g, d e j. Ela permaneceu constante? Organize os dados na tabela U versus i e, observando a relação entre a tensão e a corrente fornecida pelas pilhas, explique os resultados baseado no que você sabe sobre o comportamento de um gerador real. item circuito U (V) i (A) a desconectado 0 g d j série simples paralelo p) Dentre os valores da tabela acima, identifique a fem (ε) do conjunto de pilhas. ε = 4

5 q) Em qual dos circuitos montados (simples, série ou paralelo) a corrente i fornecida pelas pilhas foi maior? Por quê? r) A partir da equação do gerador ( U = ε r. i ), calcule a resistência interna r do conjunto de pilhas. Utilize, para cada cálculo de r, o valor uma de tensão U e sua respectiva corrente i da tabela montada no item o. circuito simples circuito série circuito paralelo r médio = s) Na próxima página, construa um gráfico da tensão U das pilhas em função da corrente i fornecida ao circuito em cada uma das montagens. Para isso, utilize os dados da tabela montada no item o. Observe que são 2 gráficos, o maior e o menor. Ajuste uma reta média aos pontos de cada gráfico. No maior, prolongue a reta até cruzar o eixo x. t) Observando os gráficos, responda: As pilhas se comportaram conforme o que se espera de um gerador real? Por quê? u) A partir do gráfico maior, calcule a inclinação da reta média. Não se esqueça das unidades! Qual grandeza física essa inclinação nos fornece? v) Ainda a partir do gráfico maior, determine a corrente de curto-circuito i cc das pilhas. icc = w) Também se pode calcular i cc a partir dos resultados dos itens p e r, usando a equação do gerador. Faça esse cálculo. Qual a diferença porcentual entre os dois resultados de i cc? (considere como referência o valor calculado pela equação do gerador) i cc = diferença % = 5

6 U (V) 3,00 Gráfico da tensão U versus corrente i fornecida pelo conjunto de pilhas U (V) 3,00 escala sugerida para o eixo x: 1,0 cm = 0,10 A escala sugerida para o eixo y: 0,5 cm = 0,10 V 2,50 2,50 2,00 2,00 1,50 i (A) 1,00 0,50 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 i (A) escala sugerida para o eixo x: 2,5 cm = 0,50 A escala sugerida para o eixo y: 2,0 cm = 0,50 V 6

7 7