Introdução às Medidas em Física a Aula

Transcrição

1 Introdução às Meddas em Físca a Aula

2 Objetvos: Experênca Curvas Característcas Meddas de grandezas elétrcas: Estudar curvas característcas de elementos resstvos Utlzação de um multímetro Influênca do aparelho meddor no resultado da medda Análse de dados: Análse Gráfca Comparação com um modelo

3 Concetos báscos A tensão elétrca ( ) é uma dferença de potencal elétrco entre dos pontos Ela é defnda como o trabalho por undade de carga realzado durante o deslocamento de uma carga postva de um ponto a outro sob a ação de um campo elétrco (E ) Se o campo elétrco (E ) é unforme entre dos pontos que estão a uma dstânca d um do outro, podemos escrever: dw dq E d

4 Concetos báscos A corrente elétrca ( ) é defnda como o movmento de cargas elétrcas numa dreção preferencal O caso mas comum de corrente elétrca é o movmento de elétrons lvres em um materal condutor Sua undade no SI é o ampere que é a quantdade de carga (ΔQ em Coulombs) que atravessa a seção reta do condutor por undade de tempo (Δt em segundos): Q t

5 Elemento esstvo Elemento resstvo é aquele para o qual exste uma relação dreta (uma função) entre a tensão aplcada sobre o elemento e a corrente elétrca que passa por ele A relação mas smples que podemos ter é a chamada le de Ohm que é dada por: onde é a uma constante e representa resstvdade do elemento

6 Elemento esstvo Ao se movmentarem, os elétrons sofrem choques sucessvos com outros elétrons e os átomos do materal Essa dfculdade de trânsto dos elétrons é chamada de resstênca elétrca do materal () Ela é defnda como a razão entre a tensão ( ) e a corrente () que passa pelo elemento: Um elemento resstvo pode ser: Ôhmco: quando a resstênca é constante para todo par (, ), ou seja, a corrente vara lnearmente com a tensão Não-ôhmco: quando a resstênca não é constante para todo par (, ), ou seja, a corrente vara não-lnearmente com a tensão

7 Potenca Elétrca Potênca elétrca pode ser defnda como o trabalho realzado pela corrente elétrca em um determnado ntervalo de tempo. dw dw dq P.. I dt dq dt P.I 2

8 Crcuto elétrco É uma assocação de elementos elétrcos (resstvos ou não), normalmente formando uma rede fechada por onde passa uma corrente elétrca ( ) r Fonte DC esstor Crcutos elétrcos são extremamente mportante para a nossa tecnologa, estando presentes em bascamente qualquer aparelho eletrônco

9 Les de Krchhoff A soma das tensões em todos os elementos do crcuto fechado são guas a zero; A soma das correntes em um nó do crcuto é gual a zero; = = 0 r Fonte DC

10 Les de Krchhoff Portanto: 1 =- 2. Por exemplo, se desejo medr 1, posso medr 2 através de 2 e 2, que me levará a = = 0 Fonte 1 2 r DC 1 2

11 esstênca Equvalente esstores em paralelo esstores em sére 1 2 n 1 2 n eq eq 1 eq 1 2 n eq 1 2 n

12 Curva Característca Para estudar elementos resstvos em um crcuto levantamos sua curva característca Ela corresponde ao gráfco da tensão () em função da corrente ( ) Esse gráfco nos permte caracterzar o comportamento do elemento resstvo e, portanto, do crcuto Como é possível medr grandezas elétrcas, como corrente, tensão e resstênca? Multímetro Instrumento para medda de tensão, corrente e resstênca Na realdade é um detector sensível a ntensdade de corrente A orgem do multímetro é um aparelho chamado galvanômetro

13 Galvanômetro O galvanômetro, nventado por Wllam Sturgeon em 1836 (cujo nome é uma homenagem a Lug Galvan), é um detector sensível a ntensdade de corrente; Interação entre a corrente elétrca em uma bobna e um campo magnétco Torque proporconal à corrente elétrca

14 Multímetro Como utlzar um multímetro para medr correntes e tensões elétrcas? Faz-se crcutos smples de forma que a corrente elétrca que passa pelo multímetro seja proporconal à corrente ou tensão elétrca que queremos medr Ajusta-se a escala de modo a converter a corrente no multímetro para a grandeza medda r Fonte DC

15 oltímetro Quando o multímetro está operando para medr tensão Ele sempre é montado em paralelo ao elemento do qual se quer medr a tensão

16 Amperímetro Quando o multímetro está operando para medr corrente Ele sempre é montado em sére ao elemento do qual se quer medr a corrente

17 Ohmímetro Quando o multímetro está operando para medr resstênca Ele sempre é montado em paralelo ao elemento do qual se quer medr a resstênca e sem fonte de tensão lgada ao mesmo.

18 Uma conseqüênca mportante oltímetros, amperímetros e ohmímetros possuem resstênca oltímetros, amperímetros e ohmímetros medem através do desvo de um pouco de corrente para o nstrumento oltímetros, amperímetros e ohmímetros MODIFICAM as tensões e correntes em um crcuto. Eles alteram as meddas

19 Medda de resstênca elétrca O objetvo da 1 a parte do expermento é medr a resstênca elétrca de um resstor ôhmco; amos realzar essa tarefa de três maneras dferentes, comparando e dscutndo os resultados de cada medda e observando o efeto do nstrumento de medda sobre a mesma.

20 Medda de resstênca elétrca Utlzar três maneras dferentes verfcar para que stuações cada um dos procedmentos é mas adequado e porque Procedmento 1: Dreto Multímetro = Ohmímetro resstor meddo Procedmento 2 e 3: Crcuto Multímetro 1 = oltímetro Multímetro 2 = Amperímetro resstor I resstor resstor I voltm amperm

21 Procedmento Expermental 1 o Procedmento: ncalmente, meça a resstênca dos resstores comercas fornecdos pelo professor usando o multímetro na função de ohmímetro

22 Procedmento 1 A batera do ohmímetro possu uma resstênca nterna ( B ): Essa resstênca não é levada em consderação pos vara com o uso do aparelho: X B X B Se X >> B + Ω essa resstênca pode ser desprezada e a resstênca medda é aproxmadamente gual a X

23 Procedmento Expermental 2 o Procedmento: monte o crcuto abaxo, meça com um amperímetro e x com um voltímetro e obtenha x através da defnção de resstvdade, ou seja, x = x / A r Fonte DC x X x I

24 Procedmento Expermental 2 o Procedmento: note que estamos medndo e não x. Qual a conseqüênca dsso? Para este procedmento ser precso, que condções o crcuto deve satsfazer? A r Fonte DC x X x

25 Procedmento 2 O oltímetro possu resstênca nterna: A resstênca, por construção, é muto grande; Provoca desvo de corrente: meddo meddo meddo amp volt volt amp volt res volt res res res res A gerador Se >> mplca em >> e A resstênca medda é aproxmadamente gual a

26 Procedmento Expermental 3 o Procedmento: monte o crcuto abaxo, meça x com um amperímetro e (= A + x ) com um voltímetro e obtenha x através da defnção de resstvdade, x = / x A A r Fonte DC x X x

27 Procedmento Expermental 3 o Procedmento: note que estamos medndo (= A + x ) e não x. Qual a conseqüênca dsso? Para este procedmento ser precso, que condções o crcuto deve satsfazer? A A r Fonte DC x X x

28 Procedmento 3 A A O Amperímetro possu resstênca nterna: esstênca, por construção, muto pequena; Provoca queda de tensão: meddo meddo meddo volt amp volt amp res amp amp amp res res amp res gerador Se A << A resstênca medda é aproxmadamente gual a

29 Conclusões Dependendo do valor da resstênca elétrca a ser estudada, um crcuto é mas adequado que o outro Para altas resstêncas, o procedmento 1 e 3 são mas adequados que o 2 e vce-versa. Altas resstêncas sgnfcam comparáves à resstênca do voltímetro meddo 2 A A 3 gerador meddo A A gerador

30 Análse de Dados Calcule meddo dos três resstores dsponíves das três maneras sugerdas erfquem o manual dos multímetros para as ncertezas nas meddas Os valores são guas? Por quê? Qual o melhor procedmento de medda em cada caso? Por quê?

31 Qual é a ncerteza do voltímetro e do amperímetro? Como avalar ncerteza para uma medda de tensão = 1,840 (escala de 2 )? Procurar no manual do nstrumento a tabela relatva à função e escala utlzadas Cada escala possu uma ncerteza dstnta Em geral, é fornecda a ncerteza estatístca (em porcentagem) e a sstemátca (em dígtos) Ex: para tensão elétrca contínua Incerteza = 0,2% + 3D O que sso sgnfca?

32 0,2% 0,2% + 3D - O que é sso? Incerteza estatístca Porcentagem do valor meddo Ex: valor meddo: 1,840 Incerteza: 0,2 / 100 * 1,840 = 0,004 3D Três algarsmos na últma casa decmal da medda Ex: valor meddo: 1,840 Incerteza: 0,003 Incerteza total da medda Soma lnear (superestmando) = 0,007