FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA TRABALHO TRIMESTRAL

Transcrição

1 FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA TRABALHO TRIMESTRAL Prof.: Luiz André Mützenberg Curso: Eletrônica Data: 20/05/2005 Sala : 237 Turma: 4311 Aluno: Eduardo Nozari Araújo n : 6 Aluno: Evandro Kirsten n : 8 Aluno: Jéferson C. Wiederkehr n : 20 Aluno: Tamires Lisiane P. Duarte n : 31 Grupo T R A B A L H O T R I M E S T R A L 1º T R I M E S T R E / L I N E A R I Z A Ç Ã O D A R E S P O S T A D O L D R INTRODUÇÃO: Hoje em dia, existe uma série de componentes eletrônicos que medem a intensidade luminosa. Um desses componentes, o LDR, é muito difundido hoje em dia, sendo usado em vários circuitos. No entanto, esse componente apresenta um problema: sua resposta não é uma função linear. Usando-se dois resistores, dois potenciômetros, um LDR, um amperímetro e uma fonte DC, no caso de 9V, é possível montar um circuito simples chamado de Ponte de Wheatstone, onde é possível obter uma resposta linear para o LDR. Levando em conta as sugestões do professor, o grupo optou por fazer as experiências utilizando filtros de cor e uma vasilha de água para comprovar a eficiência da Ponte de Wheatstone e para analisar se é possível linearizar ainda mais a resposta do LDR. OBJETIVO: Os objetivos então se resumiram a comprovar a eficácia do circuito da Ponte de Wheatstone e verificar se há mudanças na resposta do LDR com a introdução de um recipiente com água e filtros de cores diferentes entre a fonte luminosa e o componente eletrônico. MATERIAL UTILIZADO: Além da Ponte de Wheatstone, a experiência utilizou outros equipamentos. São eles: - Lâmpada: uma lâmpada fluorescente foi usada como fonte de luz para o raio luminoso que incide sobre o LDR. - Filtros: filtros coloridos, de vidro, que foram postos um de cada vez, entre a fonte luminosa e o LDR. Nas cores vermelha, azul e verde. - Lentes: duas lentes (lente 1 e lente 2) para concentrar a luminosidade foram utilizadas na experiência. Uma logo após os filtros coloridos e outra na frente do fotoresistor. A finalidade da lente 1 é formar um foco de luz reto e o objetivo da lente 2 é concentrar a luz sobre um único ponto. - Cartolina: uma cartolina preta foi utilizada para impedir a passagem de luz através da primeira lente. A lente 1 foi sendo descoberta aos poucos (de meio em meio centímetro), de modo que pudéssemos depois medir a área que estava permitindo a passagem de raios luminosos, como será explicado a seguir. - Água: também foi utilizada uma vasilha com água, para vermos se esta irá barrar algum tipo de raio da lâmpada ou absorver parte da luz. A vasilha foi disposta entre a primeira e a segunda lente.

2 - Cilindro metálico: o LDR foi encaixado no fundo de um pote de achocolatado em pó. Isso para que, sobre o componente, incidisse apenas a luz proveniente da lâmpada. PONTE DE WHEATSTONE: Quanto à Ponte de Wheatstone, o circuito foi adaptado. Foi deixado apenas um potenciômetro no ramo central, para o ajuste da corrente. O outro foi trocado por um resistor comum de 5k6Ω. Um dos resistores de 1000 Ohms também foi trocado por um de 5k6Ω, por escolha nossa. O circuito ficou assim: Fig.1: circuito redimensionado. DESENVOLVIMENTO: Ao contrário do que estava previsto no projeto, a experiência não foi realizada utilizando-se um tubo de cartolina preta com pequenos furos e sim um cilindro metálico. E as medidas também não foram realizadas com um amperímetro, devido a esse estar com defeitos. Foi resolvido, então, utilizar a queda de tensão sobre o potenciômetro. Não há diferença para o estudo, pois o aspecto do gráfico encontrado será o mesmo, já que V= I x R e a resistência do potenciômetro será fixa, pois fazendo medidas da queda de tensão com luminosidade máxima e mínima, fixamos a resistência do potenciômetro em um valor que resultava em uma amplitude de queda de tensão satisfatória. O controle da luz se deu da seguinte maneira: logo na frente da fonte de luz, a lâmpada fluorescente, há uma lente que concentrará a luz em um foco reto, único, central. Junto ao cilindro metálico, uma outra lente concentra novamente a luminosidade e a incide sobre o LDR. A luz entra no cilindro por uma abertura frontal, chegando ao componente que está no fundo, praticamente livre de interferência de outras fontes de luz. O LDR fixado do fundo do pote de achocolatado está com os dois terminais atravessando o fundo por dois pequenos orifícios ligados ao circuito montado na matriz de contatos por dois fios condutores, tudo devidamente isolado do corpo metálico da lata, para evitar correntes de fuga. O controle da luminosidade emitida é feito na primeira lente, com a cartolina preta, da seguinte maneira: o diâmetro de ambas as lentes é de 7 cm. A primeira medida se fez com a lente completamente coberta pela cartolina,

3 que vai recuando de 0,5cm em 0,5cm, acrescentando área luminosa. Após todas as medidas, a lente deve estar livre, com um total de 15 medidas. A distância entre as lentes, fonte de luz e cilindro com LDR foram ajustadas para que o foco de luz incidisse exatamente sobre o fotoresistor, preenchendo toda a sua área e nada maior que isso. Fig.2: esquema da experiência montada Abaixo, figura mostrando como foi feito o controle de luz sobre a lente 1: Fig.3: controle da luminosidade sobre a lente 1.

4 MEDIDADAS DA QUEDA DE TENSÃO SOBRE O POTENCIOMETRO NOS DIFERENTES CASOS: Na primeira etapa foram feitas as medidas sem a utilização de filtros de cores ou vasilhas com água. Em uma segunda etapa, o grupo utilizou os filtros coloridos nas cores vermelho, azul e verde. Cada filtro foi colocado entre a lâmpada e a primeira lente, para ver se mudava algo ao repetir a experiência com cada um deles. Na última etapa, foi colocada uma vasilha com água de poço artesiano entre a primeira e a segunda lente. O raio de luz foi espalhado pela água e então o foco sobre o LDR teve de ser reajustado. CÁLCULO DA LUMINOSIDADE: Depois de feitas às medidas da resposta do LDR, foi necessário calcular a área da lente que possibilitou a passagem da luz. Conforme a figura abaixo, o grupo calculou a área de cada faixa de 0,5 cm até o meio, pois na segunda metade há apenas uma repetição dos valores. Cada faixa corresponde à área acrescentada de lente passando luminosidade a cada vez que a cartolina era movida para uma nova medida. Fig.4: faixas da lente. Calculou-se o pedaço de círculo que formaria um triângulo entre o ponto central e as duas extremidades de cada faixa. Coincidentemente foi visto que, por medição, essas áreas equivaliam a 1/6 do total do círculo para F1 e 1/4 do total para F2. Depois foram calculadas as áreas internas de cada um desses triângulos. O valor da área da Faixa1 foi obtido subtraindo-se o triângulo interno

5 de seu respectivo pedaço de círculo. O mesmo foi feito para os valores da Faixa2. Fig.5: faixa 1. Fig.6: faixa Como pode ser visto, para achar o valor da faixa 2 temos que subtrair o valor da faixa 1. Para as faixas F3, F4, F5, F6 e F7 não foram encontradas as mesmas coincidências do que para as faixas 1 e 2. Mas levando em conta que essas outras não são tão irregulares, o grupo utilizou o seguinte método: as faixas foram transformadas em retângulos, anulando a parte de baixo e preenchendo a de cima, como mostra a figura abaixo. Isso é possível de ser realizado, pois o que cortamos em baixo é aproximadamente o que preenchemos em cima. Fig.7: retângulos das faixas. Assim, é possível calcular facilmente a área das faixas: A= B x H, sendo que a base de todas as faixas é 0,5cm e a altura é variável de uma faixa para outra. F1= 1,16cm² F2= 2,21cm² F3= 2,65cm² F4= 3cm² F5= 3,25cm² F6= 3,45cm² F7= 3,5cm² Os resultados:

6 Com posse da área de cada faixa, se tornou fácil calcular a área luminosa para cada medida, sendo necessário somente somar a área desejada mais as outras anteriores. A área total do círculo usando o método do grupo resultou em 38,44cm². Esse cálculo foi feito somando-se todas as faixas, e lembrando que elas devem ir sendo repetidas quando se passar do meio do círculo. Utilizando a fórmula para cálculo de área em círculos (A= 3,14 x r²) o resultado foi de 38,48cm². Pode-se perceber então que o erro do nosso método é desprezível para este tipo de objetivo, sendo de apenas 0,04cm². Análise dos resultados obtidos: Com posse dos dados necessários, ou seja, a luminosidade (parâmetro utilizado foi o tamanho da área da lente que concentrava luz e enviava para o LDR, como já explicado) e queda de tensão sobre o potenciômetro, montamos a seguinte tabela: QUEDA DE TENSÃO SOBRE O POTENCIÔMETRO Área luminosa Sem nada Água f vermelho f verde f azul 0 3,39 3,39 3,37 3,37 3,36 1,16 3,39 3,39 3,36 3,37 3,36 3,37 3,19 3,24 3,3 3,35 3,35 6,02 2,68 2,95 3,22 3,32 3,33 9,02 2,37 2,69 3,11 3,27 3,31 12,27 2,16 2,42 3 3,23 3,28 15,72 1,86 2,13 2,87 3,18 3,25 19,22 1,59 1,9 2,74 3,13 3,22 22,72 1,36 1,75 2,65 3,07 3,19 26,17 1,19 1,59 2,55 3,02 3,17 29,42 1,04 1,48 2,46 2,98 3,15 32,42 0,94 1,4 2,4 2,95 3,13 35,07 0,92 1,36 2,36 2,93 3,12 37,28 0,91 1,35 2,34 2,92 3,11 38,44 0,9 1,34 2,34 2,91 3,11 Fig.8: tabela. Finalmente, de posse desta tabela, podemos montar o gráfico que nos dirá se a resposta do LDR é linearizada ou não desta maneira, e se os filtros e a água influem em alguma coisa, a fim de podermos tirar as devidas conclusões sobre o trabalho. O gráfico segue mais abaixo.

7 CONCLUSÃO: Como esperado, realmente conseguimos linearizar a resposta do LDR, embora não totalmente. A água e os filtros de cores não mudam drasticamente o formato do gráfico, ou seja, a resposta do LDR, mas quanto mais escuros são os obstáculos, menor é a amplitude do gráfico. Todos os gráficos começam mais ou menos no mesmo lugar, com um a queda de tensão de aproximadamente 3,4 volts, mas quanto mais escuro o obstáculo menos diminui o valor da queda de tensão. Ou seja, a água e os filtros não mudam a linearidade da resposta, mas diminuem a variação na queda de tensão no potenciômetro. Quanto à utilidade da vasilha de água para bloquear os raios ultravioletas, não foi possível chegar a uma conclusão, já que a lâmpada usada era fluorescente, então não emite raios UV, pois é uma luz fria. A variação encontrada em relação aos resultados do sem nada (ver tabela logo acima) provavelmente se dá por uma absorção de UV pela água, ou pela mudança no foco ao atravessar a vasilha que podemos não ter corrigido perfeitamente. Luminosidade X Tensão 4 3,5 3 2,5 Tensão 2 1,5 1 0, Luminosidade sem nada água f vemelho f verde f azul Fig.9: gráfico da intensidade luminosa X tensão.

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: - Guia do Aluno, escrito pelo professor Luiz André Mützenberg e disponibilizado no TelEduc; - Trabalho apresentado por José Carlos Oliveira de Jesus e Jefferson da Silva Pereira no XV Simpósio Nacional de Ensino de Física; - Informações dadas em sala de aula pelo professor.