CURVAS CARACTERÍSTICAS DE RESISTORES

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1 EXPERIÊNCIA 02 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE RESISTORES 1. OBJETIVOS a) Levantar curvas característcas (corrente x tensão) de resstores lneares e não lneares. b) Calcular a resstênca de um resstor metálco de NCr e as característcas de uma lâmpada de tungstêno (W). c) Calcular as constantes β e C de um varstor. d) Dferencar um resstor ôhmco de um não-ôhmco. 2. TEORIA BÁSICA Ao aplcar-se uma dferença de potencal (tensão) V, sobre um condutor de resstênca R, crculará sobre este condutor uma corrente elétrca, sendo o valor da resstênca dada pela equação, V R = (1) onde V é medda em volts (V), é medda em ampères (A) e R, em ohms(ω). A equação (1) é uma defnção geral de resstênca. Ela pode ser utlzada para qualquer tpo de resstor. Uma resstênca é dta ôhmca quando o seu valor numérco ndepende da tensão aplcada. Se o valor numérco da resstênca depender da tensão aplcada, ela é dta não-ôhmca. Quando um resstor obedece à Le de Ohm, o gráfco x V é uma lnha reta, sendo, por sso, chamado de resstor lnear. Em determnados tpos de resstores metálcos, a resstênca é constante e ndependente da tensão aplcada apenas se a temperatura permanecer constante. Um exemplo de resstor não-lnear é o varstor ou VDR (Voltage Dependent Resstor). Sua resstênca é altamente dependente da tensão aplcada, por causa da resstênca de contato varável entre os crstas msturados que o compõem. Sua característca elétrca é determnada por complcadas redes em sére e em paralelo de crstas de carbeto de slíco pressonados entre s. Para o VDR a dependênca de V com a corrente é dada pela equação: β V = C onde β depende da composção do materal utlzado e do processo de fabrcação, tendo valores que varam de 0,05 a 0,40. A constante C depende da temperatura e de característcas geométrcas do VDR, com valores entre 15 e 1000 Ω. As constantes C e β são determnadas dretamente de um gráfco log V em função de log, com log V representado no exo das ordenadas e log no das abcssas. Aplcando logartmos decmas aos dos termos da equação ( 2 ) tem-se: (2) log V = log C + β log (3) A equação (3) é análoga à equação da reta y = A + Bx, onde: Curvas característcas de resstores pág. 1

2 Δ logv logv logv B = coefcente angular da reta = β = = Δlog log log Conhecendo-se β é possível calcular a constante C a partr da equação (3) ou então dretamente da equação (2) que defne o comportamento tensão-corrente do varstor. Escolhe-se um ponto do gráfco d-log de fácl letura de V (em volts) e (em ampères) e substtu-se na equação: V C = (4) β A constante C representa a resstênca do VDR para uma corrente hpotétca de 1,0A (o VDR do expermento não suporta esta corrente!). Os dos gráfcos da fgura 1 representam a curva em função de V e log V em função de log para o mesmo varstor. (ma) log V log V 2 2 log V 1 1 log C 0 V ( V ) Fgura 1 Resstor VDR - a) Gráfco x V. log 1 log 2 log b) Gráfco log V x log Exstem materas, conhecdos como semcondutores, que apresentam uma varação de resstênca com a temperatura de característcas ncomuns. Eles apresentam um coefcente de varação da resstênca com a temperatura que é grande e negatvo, NTC ( Negatve Temperature Coeffcent ), denomnados termstores (resstores sensíves à temperatura). A sua resstênca se reduz acentuadamente com o aumento de temperatura e, por este motvo, são comumente utlzados como sensores de temperatura. Os termstores são fabrcados com váras msturas de óxdos, tas como: manganês, níquel, cobalto, ferro, znco, ttâno e magnéso. Podem ter a forma de contas, clndros ou dscos. Estes óxdos são msturados em proporções devdas, para apresentar a resstvdade e o coefcente de varação da resstênca com a temperatura desejados. As meddas de tensão e corrente dos termstores são nteressantes quando a sua temperatura for maor que a do ambente. Se a corrente é pequena, o calor produzdo no resstor é desprezível e não há decréscmo na resstênca. Se a corrente for proporconal à tensão aplcada, a resstênca é constante (embora dependa da temperatura ambente). Com o posteror acréscmo da corrente, há um aumento na temperatura do termstor em relação à temperatura ambente. A resstênca dmnu, embora a corrente contnue aumentando. Curvas característcas de resstores pág. 2

3 Quando a corrente establza, a tensão também establza e a temperatura do resstor é alta, podendo quemá-lo se não houver dsspação efcente de calor. Há resstores que apresentam elevado coefcente postvo de varação da resstênca com a temperatura (fgura 2), denomnados PTC ( Postve Temperature Coeffcent). São conhecdos como condutores fros, sendo sua condutvdade muto maor em baxas que em altas temperaturas. Os resstores PTC são fetos de BaTO 3 ou soluções sóldas de BaTO 3 e SrTO 3. (ma) Fgura 2 - Curva característca de um PTC V (V) O gráfco corrente x tensão de um PTC mostra ntdamente sua propredade lmtadora de corrente, daí a sua utldade em mutos crcutos de proteção. Ele obedece à Le de Ohm para tensões razoavelmente baxas (até 8V aproxmadamente), porém, com o aumento gradatvo da tensão, a corrente decresce devdo ao aumento da resstênca causada pelo aquecmento do varstor. A resstênca de um PTC também depende da temperatura ambente e de sua dsspação térmca no meo que o envolve. O flamento de uma lâmpada ncandescente apresenta também uma resstênca não - lnear. Para correntes pequenas, a resstênca é menor do que para correntes elevadas. O aumento da resstênca, neste caso, é devdo ao efeto Joule produzdo pela própra almentação da lâmpada. 3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. D. Hallday,R.Resnck e J.Walker; Fundamentos de Físca; Vol.3; Ed. LTC 2. Sears; Zemansky;Young e R.Fredman; Físca III; Ed. Pearson,Addson Wesley. 3. P A.Tpler; Físca-Eletrcdade e Magnetsmo,Ótca; Vol.2;4 Edção;Ed.LTC 4. Introdução ao Laboratóro de Físca; J.J.Pacentn, B.C.S.Grand, M.P.Hofmann, F.R.R.de Lma, E. Zmmermann; Ed. da UFSC. Curvas característcas de resstores pág. 3

4 4. ESQUEMA + A - + R V PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PRIMEIRA PARTE - Resstores Metálcos (NCr e Lâmpada) 1. Monte o crcuto conforme o esquema, utlzando o resstor R (NCr). Caso tenha dúvdas quanto às conexões elétrcas, chame o professor para verfcá-las. 2. Coloque o amperímetro na escala de 200mA(termnal COM equvale ao termnal (-) e o termnal 200mA é o (+)), e a escala do voltímetro em 200V(COM é o (-) e V-Ω-S é o (+)). A fonte de tensão deve ter o dal de controle de tensão no mínmo e o de corrente no máxmo. 3. Mantenha a escala do voltímetro em 200V. Selecone a tensão ncal (lda no voltímetro) a ser aplcada ao resstor metálco conforme a tabela de dados. Com o amperímetro, lea o valor da corrente e anote na tabela. 4. Eleve a tensão, segundo os valores da tabela e efetuando as meddas de corrente, até completá-la, alterando a escala do amperímetro sempre que necessáro. 5. Repta os procedmentos anterores, utlzando agora como resstor a lâmpada ncandescente com flamento de Tungstêno (W). SEGUNDA PARTE - Varstor (VDR) 1. Retre do crcuto anteror a lâmpada e substtua-o pelo VDR no seu suporte adequado. 2. Mergulhe o VDR com seu suporte no óleo de transformador dentro de um béquer que esteja à temperatura ambente. 3. Segundo os procedmentos 3. e 4., dos resstores anterores, complete a tabela de dados com as meddas de corrente. (Observe que para este resstor as tensões devem ser maores que 15,0V). Utlze o amperímetro na escala mas adequada. Curvas característcas de resstores pág. 4

5 TERCEIRA PARTE - Condutores Fros ( PTC ) 1. Ponha o PTC com seu suporte mergulhado no óleo de transformador que esteja à temperatura ambente. Anote a temperatura. 2. Segundo os procedmentos 3. e 4., do resstor metálco, complete a tabela de dados com as meddas de corrente, na temperatura ambente. 3. Para observar como a curva característca de um PTC depende da temperatura, coloque o béquer dentro do aquecedor; aqueça o óleo a uma temperatura em torno de 50 o C. Mantenha os cabos elétrcos afastados do aquecedor. Retre o béquer do aquecedor. Agte o óleo com a vareta de vdro para homogenezar a temperatura. Lea a temperatura e nce as meddas rapdamente, procedendo como nos tens 1. e 2. A varação de temperatura que ocorre durante as meddas, para o presente propósto, pode ser desprezada. 6. RELAÇÃO DO MATERIAL 01 fonte de tensão/corrente(v CC ), varáves,0-30v/0-3a 02 multímetros. 01 resstor metálco de resstênca entre 50 e 200 Ω. 01 varstor VDR com suporte. 01 PTC com suporte. 01 lâmpada ncandescente. 02 béqueres de 250 ml com óleo de transformador. 01 aquecedor elétrco. 01 termômetro 05 cabos para conexões elétrcas. 7. QUESTIONÁRIO 1.a. Faça os gráfcos de em função de V, em papel mlmetrado, com os dados da tabela para os dos resstores metálcos: NCr e lâmpada. 1.b. Com o auxílo do gráfco, calcule a resstênca R (em ohms), para o resstor de NCr. 1.c. Calcule o valor da resstênca da lâmpada de W, quando a tensão aplcada for respectvamente gual a 3,0 e 30,0 V. Compare com os valores obtdos para o resstor de NCr. 2.a. Faça o gráfco em função de V, em papel mlmetrado, com os dados da tabela referentes ao VDR. 2.b. Descreva como vara a resstênca deste VDR à medda que a tensão vara entre os lmtes meddos. 3.a. Com os dados da tabela referentes ao VDR, faça o gráfco em papel log-log de V (exo y) em função de (exo x). 3.b. Calcule as constantes da reta obtda e, a partr delas, determne β e C (em ohms). Curvas característcas de resstores pág. 5

6 4.a. Faça o gráfco em função de V com os dados da tabela (PTC), consderando a temperatura como parâmetro (duas curvas na mesma folha). 4.b. Interprete-o no que se refere à varação da resstênca com a tensão aplcada para uma das duas temperaturas. 5. O que é um por resstor ôhmco? Indque os resstores ôhmcos utlzados nesta experênca, justfcando a resposta. 6. Um resstor metálco é necessaramente ôhmco? Explque, usando como exemplos, os valores das resstêncas dos resstores metálcos (NCr e lâmpada) utlzados na prmera parte. Curvas característcas de resstores pág. 6

7 GRUPO: TURMA: ALUNOS: Tabela EXPERIÊNCIA 02 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE RESISTORES Correntes meddas (ma) Resstor Resstor PTC VDR V(V) metálco (N-Cr) metálco (Lâmpada) T 1 = C T 2 = C V(V) 3,0 6,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 15,0 17,0 19,0 22,0 25,0 28,0 30,0 Curvas característcas de resstores pág. 7