FÍSICA EXPERIMENTAL III

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1 UNESDADE DO ESTADO DE SANTA CATANA - UDESC CENTO DE CÊNCAS TECNOLÓGCAS CCT DEPATAMENTO DE FÍSCA DFS FÍSCA EXPEMENTAL EXPEÊNCA NSTUMENTOS DE MEDDA. OBJETOS.. Objetivo Geral Familiarizar os acadêmicos com o uso do multímetro como instrumento básico de medidas elétricas... Objetivos Específicos a) Apresentar aos acadêmicos circuitos elétricos com resistores em série e em paralelo. b) Fazer com que os acadêmicos possam comparar resultados obtidos experimentalmente com aqueles calculados usando as Leis de Kirchoff e a Lei de Ohm.. MATEAS Fonte de tensão. Um multímetro digital. esistores elétricos (valores nominais): (68 ± 5%) Ω. (00 ± 5%) Ω. (470 ± 5%) Ω. Chave conectora. Mesa de testes. Fios elétricos. Duas pontas de prova.. POCEDMENTO EXPEMENTAL Um cuidado preliminar na utilização de um multímetro consiste na escolha da escala adequada para a leitura. Quando o valor máximo da leitura é conhecido, tal escolha é imediata. Quando isto não for possível, colocamos a chave seletora no fundo de escala máximo. A seguir, quando for o caso, reduzimos o fundo de escala até obtermos uma deflexão suficiente do ponteiro. Um cuidado adicional que devemos tomar é com o uso correto da polaridade do multímetro. Devemos sempre nos lembrar de que o ponto terra do multímetro deve ser ligado no ponto do circuito onde o potencial elétrico é menor. Tome cuidado também para jamais encostar as pontas dos fios conectados à fonte de tensão uma na outra. sso causará um curto circuito que pode danificar o equipamento, além de colocar em risco a segurança do aluno. O multímetro, como todo equipamento eletrônico e mecânico, é sujeito a erros, proporcionados por inúmeros fatores. Cada medição possui um valor nominal de erro já informado pela fábrica do multímetro ao entregá-lo ao consumidor. Estes valores constam no

2 UNESDADE DO ESTADO DE SANTA CATANA - UDESC CENTO DE CÊNCAS TECNOLÓGCAS CCT DEPATAMENTO DE FÍSCA DFS manual. Ao realizar as medições, leve em consideração os erros que o multímetro está propagando juntamente com demais fontes de erro. Perceba que o multímetro, não somente neste roteiro, mas em vários outros, é chamado também de voltímetro ou amperímetro. Não se confunda: nos experimentos de Física Experimental todos estes nomes se referem ao mesmo equipamento. As denominações servem para informá-lo sobre qual grandeza estará medindo: um voltímetro mede tensão (em volt, ou seus múltiplos), enquanto que um amperímetro mede corrente (em ampere A, ou seus múltiplos). ecomenda-se que você desligue o multímetro enquanto não estiver usando-o, para economizar sua bateria. Lembre-se que muitos alunos usam os mesmos equipamentos que você, então preserve os equipamentos do laboratório! Caso disponha de um notebook no momento das medições, você pode simular os circuitos propostos através de um software. sso pode ajudá-lo a encontrar e resolver erros de manuseio ou de montagem do circuito. Um software recomendado é o Circuit Maker, disponível em versões gratuitas para estudantes. Demais softwares podem ser encontrados facilmente pesquisando na internet. Para saber os valores de erro das medições de diferença de potencial elétrica e resistência elétrica, consulte o manual do multímetro. Perceba que escalas diferentes podem ter erros diferentes; assim, tome cuidado ao alterar a escala de medição ao realizar o experimento, e anote todos os erros... Circuito com esistores em Série... Medida da Diferença de Potencial Para a realização desta parte do experimento, siga os procedimentos abaixo. a) Meça os valores das resistências elétricas de todos os três resistores. Não se esqueça de escrever as medidas com seus respectivos erros e unidades. egistre estes valores nos esultados de seu relatório. b) Monte o circuito elétrico da Figura. No circuito em questão os números de a 4 representam nós que serão mencionados em medições a seguir. Figura : Esquema do circuito elétrico para medidas de diferença de potencial e correntes elétricas em resistores elétricos em série. c) Coloque o voltímetro na escala conveniente, sabendo que estamos trabalhando com uma fonte de tensão que trabalha de 0 a em regime de corrente contínua. d) Ligue a fonte de tensão, ajustando-a para 0,00. Meça o valor desta tensão elétrica conectando as ponteiras do multímetro em paralelo com a fonte, e registre nos esultados de seu

3 UNESDADE DO ESTADO DE SANTA CATANA - UDESC CENTO DE CÊNCAS TECNOLÓGCAS CCT DEPATAMENTO DE FÍSCA DFS relatório o valor medido para esta tensão elétrica. Não se esqueça de escrever a medida com seu respectivo erro e unidade. e) Ligue a chave conectora no circuito da Figura. f) Meça as diferenças de potencial,, 4,, 4 e 4 da mesma forma que mediu a tensão na fonte anteriormente. Não se esqueça de escrever as medidas com seus respectivos erros e unidades. g) Com estas medidas construa uma tabela nos esultados de seu relatório.... Medida da Corrente Elétrica Nesta e em outros experimentos onde o amperímetro é utilizado em circuitos que contenham uma fonte de tensão o máximo de cuidado deve ser tomado para evitar danificar o instrumento. Um amperímetro jamais deve ser ligado diretamente aos terminais de uma fonte de tensão. A razão para isto é que, em geral, a resistência interna do amperímetro é de baixo valor, e assim, uma corrente elétrica elevada fluirá através dele quando ele estiver ligado à fonte de tensão. Desta forma, é possível que o equipamento não suporte esta elevada corrente elétrica e seja danificado. Quando tivermos a nossa disposição uma fonte de tensão ajustável, é recomendável deixa-la ajustada no valor de tensão zero antes de ligar a chave da fonte. Este procedimento permite que evitemos danos maiores nos casos em que o circuito elétrico tenha sido montado de forma inadequada. Após ligar a chave de tensão devemos prestar muita atenção aos amperímetros. Caso o amperímetro seja levado bruscamente ao fundo de escala, desligue prontamente a chave da fonte. Confira então a montagem do seu circuito e caso não encontre falhas. Chame o professor para auxiliá-lo. Lembre-se, porém, que em alguns experimentos uma alteração brusca de corrente pode ser justamente o efeito estudado, então fique atento à teoria e aos objetivos do experimento. Outra precaução que deve ser tomada é sempre que for possível estimar o valor da corrente elétrica em seu circuito. Desta forma, será possível colocar o amperímetro em sua escala adequada. Quando esta estimativa não puder ser feita, devemos utilizar a maior escala do equipamento. Por outro lado, após estar seguro de que não esteja ultrapassando os limites do amperímetro, a leitura deve ser feita na escala adequada, isto é, aquela que permite a maior deflexão do ponteiro sem, porém ultrapassar o limite da escala. Para saber os valores de erro das medições de corrente elétrica, consulte o manual do multímetro. Perceba que escalas diferentes podem ter erros diferentes; assim, tome cuidado ao alterar a escala de medição ao realizar o experimento, e anote todos os erros. Para a realização desta parte do experimento, siga os procedimentos abaixo. a) Mantenha montado o circuito elétrico da Figura. b) Observe o circuito elétrico da Figura. Por meio de um cálculo simples, determine a escala conveniente para ser usada no amperímetro em cada um dos casos abaixo. Lembre-se das Leis de Kirchoff e da Lei de Ohm ao realizar este cálculo. c) Na montagem do circuito elétrico da Figura observe corretamente a polaridade indicada. Desta forma, ligue o terminal negativo ( ) do amperímetro ao terminal negativo da fonte e o terminal positivo (+) do amperímetro ao ponto anterior ao primeiro resistor. d) Ligue a fonte de tensão, ajustando-a para 0,00. Meça o valor desta tensão elétrica conectando as ponteiras do multímetro em paralelo com a fonte, e registre nos esultados de seu relatório o valor medido para esta tensão elétrica. Não se esqueça de escrever a medida com seu respectivo erro e unidade.

4 UNESDADE DO ESTADO DE SANTA CATANA - UDESC CENTO DE CÊNCAS TECNOLÓGCAS CCT DEPATAMENTO DE FÍSCA DFS e) Ligue a chave conectora no circuito da Figura. f) Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo circuito elétrico da Figura e registre nos esultados de seu relatório o valor medido para esta corrente elétrica. Não se esqueça de g) Desligue a chave conectora do circuito. Coloque apenas o resistor em curtocircuito, isto é, elimine-o do circuito elétrico. Ligue novamente a chave conectora do circuito. Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo circuito elétrico da Figura com o resistor em curto circuito. egistre o valor medido nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de escrever esta medida com seu respectivo erro e unidade. h) Desligue a chave conectora do circuito. Coloque agora apenas o resistor em curtocircuito, isto é, elimine-o do circuito elétrico. Ligue novamente a chave conectora do circuito. Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo circuito elétrico da Figura com o resistor em curto circuito. egistre o valor medido nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de escrever esta medida com seu respectivo erro e unidade. i) Desligue a chave conectora do circuito. Coloque finalmente apenas o resistor em curto-circuito, isto é, elimine-o do circuito elétrico. Ligue novamente a chave conectora do circuito. Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo circuito elétrico da Figura com o resistor em curto circuito. egistre o valor medido nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de escrever esta medida com seu respectivo erro e unidade. j) Desligue a chave conectora do circuito. Coloque os resistores e em curtocircuito, isto é, elimine-os do circuito elétrico. Ligue novamente a chave conectora do circuito. Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo circuito elétrico da Figura com os resistores e em curto circuito. egistre o valor medido nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de k) Desligue a chave conectora do circuito. Coloque os resistores e em curtocircuito, isto é, elimine-os do circuito elétrico. Ligue novamente a chave conectora do circuito. Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo circuito elétrico da Figura com os resistores e em curto circuito. egistre o valor medido nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de l) Desligue a chave conectora do circuito. Coloque os resistores e em curtocircuito, isto é, elimine-os do circuito elétrico. Ligue novamente a chave conectora do circuito. Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo circuito elétrico da Figura com os resistores e em curto circuito. egistre o valor medido nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de Jamais faça um curto-circuito dos três resistores simultaneamente. Ao fazer isto, você estará ligando o amperímetro diretamente à fonte de tensão e isto poderá danificar o seu equipamento. m) Com estas medidas construa uma tabela nos esultados de seu relatório... Circuito com esistores em Paralelo... Medida da Diferença de Potencial Para a realização desta parte do experimento, siga os procedimentos abaixo. a) Monte o circuito elétrico da Figura. Neste circuito os números de a 4 representam nós, que serão mencionados em medições a seguir.

5 UNESDADE DO ESTADO DE SANTA CATANA - UDESC CENTO DE CÊNCAS TECNOLÓGCAS CCT DEPATAMENTO DE FÍSCA DFS Figura : Esquema do circuito elétrico para medidas de diferença de potencial e correntes elétricas em resistores elétricos em paralelo. b) Coloque o voltímetro na escala conveniente, sabendo que estamos trabalhando com uma fonte de tensão que trabalha de 0 a. c) Ligue a chave da fonte de tensão, ajustando-a para 0,00. Anote nos esultados de seu relatório o valor medido para esta tensão elétrica, não se esquecendo de escrever a medida com seu respectivo erro e unidade. d) Ligue a chave conectora no circuito da Figura. e) Meça as diferenças de potencial 4,, 4 e 4. Não se esqueça de escrever as medidas com seus respectivos erros e unidades. f) Com estas medidas construa uma tabela nos esultados de seu relatório.... Medida da Corrente Elétrica Nesta e em outros experimentos onde o amperímetro é utilizado em circuitos que contenham uma fonte de tensão o máximo de cuidado deve ser tomado para evitar danificar o instrumento. Por isso, continuam valendo as recomendações feitas no item... deste oteiro. Para a realização desta parte do experimento, siga os procedimentos abaixo. a) Mantenha montado o circuito elétrico da Figura. b) Observe o circuito elétrico da Figura. Por meio de um cálculo simples, determine a escala conveniente para ser usada no amperímetro em cada um dos casos abaixo. Atente-se novamente às Leis de Kirchoff e à Lei de Ohm. c) Na montagem do circuito elétrico da Figura observe corretamente a polaridade indicada. Desta forma, ligue o terminal negativo ( ) do amperímetro ao terminal negativo da fonte e o terminal positivo (+) do amperímetro ao ponto anterior ao primeiro resistor. d) Ligue a fonte de tensão, ajustando-a para 0,00. Meça o valor desta tensão elétrica conectando as ponteiras do multímetro em paralelo com a fonte, e registre nos esultados de seu relatório o valor medido para esta tensão elétrica. Não se esqueça de escrever a medida com seu respectivo erro e unidade. e) Ligue a chave conectora no circuito da Figura. f) Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo ramo 0- (ou 0-4) do circuito elétrico da Figura e registre estre valor nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de escrever esta medida com seu respectivo erro e unidade. g) Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo ramo -4 do circuito elétrico da Figura e registre estre valor nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de escrever esta medida com seu respectivo erro e unidade. h) Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo ramo -4 do circuito elétrico da Figura e registre estre valor nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de escrever esta medida com

6 UNESDADE DO ESTADO DE SANTA CATANA - UDESC CENTO DE CÊNCAS TECNOLÓGCAS CCT DEPATAMENTO DE FÍSCA DFS seu respectivo erro e unidade. i) Desligue a chave conectora do circuito. Coloque apenas o resistor em curtocircuito, isto é, elimine-o do circuito elétrico. Ligue novamente a chave conectora do circuito. Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo ramo 0- (ou 0-4), pelo ramo -4 e pelo ramo -4 do circuito elétrico da Figura. egistre estre valor nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de j) Desligue a chave conectora do circuito. Coloque agora apenas o resistor em curtocircuito, isto é, elimine-o do circuito elétrico. Ligue novamente a chave conectora do circuito. Meça o valor da corrente elétrica fluindo pelo ramo 0- (ou 0-4), pelo ramo -4 e pelo ramo -4 do circuito elétrico da Figura. egistre estre valor nos esultados de seu relatório. Não se esqueça de Jamais faça um curto-circuito dos três resistores simultaneamente. Ao fazer isto, você estará ligando o amperímetro diretamente à fonte de tensão e isto poderá danificar o seu equipamento. k) Com estas medidas construa uma tabela nos esultados de seu relatório. 4. TATAMENTO DOS DADOS Esta experiência envolve medidas elétricas de corrente elétrica e diferença de potencial elétrica. Desta forma, o tratamento dos dados tem que levar em conta os valores dos erros associados a cada medida, bem como a sua propagação. 4.. Circuito com esistores em Série 4... Medida da Diferença de Potencial Para poder melhor comparar os resultados obtidos com aqueles esperados, é muito importante resolver o circuito da Figura. Por resolver um determinado circuito elétrico entendemos determinar o valor das correntes elétricas envolvidas. No nosso caso, existe apenas uma única corrente elétrica, visto que o circuito da Figura tem apenas uma malha. Calcule então os valores teóricos das tensões,, 4,, 4 e 4. As expressões para o cálculo destes valores são ( + ) 4 ε + + ( + ) Demonstre as equações acima (Equação ) no Anexo de seu relatório. Construa então uma tabela em que apareçam os valores experimentais e teóricos de todas as tensões medidas (,, 4,, 4 e 4 ). Para o cálculo dos valores teóricos utilize o valor nominal das resistências elétricas, bem como o valor proposto (0,00 ) da tensão elétrica da fonte. Calcule também e apresente na mesma tabela valores das tensões,, 4,, 4 e 4 utilizando os valores medidos das resistências elétricas, além do valor medido da tensão elétrica da fonte. Nas duas últimas colunas desta tabela apresente os erros percentuais destas tensões, usando tanto os valores calculados com os dados nominais, quanto com os valores calculados com as medidas experimentais das resistências e tensão da fonte. Apresente esta tabela no Tratamento de Dados de seu relatório Medida das Correntes Elétricas

7 UNESDADE DO ESTADO DE SANTA CATANA - UDESC CENTO DE CÊNCAS TECNOLÓGCAS CCT DEPATAMENTO DE FÍSCA DFS Também em relação às correntes elétricas medidas neste experimento, para poder melhor comparar os resultados obtidos com aqueles esperados, é muito importante ter resolvido o circuito da Figura. Novamente, em todos os casos estudados, temos um circuito de apenas uma malha, em que o valor do resistor equivalente varia caso a caso. Calcule então os valores das correntes elétricas teóricas em cada caso. As expressões para o cálculo destes valores são T ε C C + C + C C C Demonstre as equações acima (Equação ) no Anexo de seu relatório. Construa então uma tabela em que apareçam os valores experimentais e teóricos de todas as correntes elétricas medidas em cada caso. Para o cálculo dos valores teóricos utilize o valor nominal das resistências elétricas, bem como o valor proposto (0,00 ) da tensão elétrica da fonte. Calcule também e apresente na mesma tabela valores destas correntes elétricas utilizando os valores medidos das resistências elétricas, além do valor medido da tensão elétrica da fonte. Nas duas últimas colunas desta tabela apresente os erros percentuais destas correntes elétricas, usando tanto os valores calculados com os dados nominais, quanto com os valores calculados com as medidas experimentais das resistências e tensão da fonte. dentifique claramente na tabela a relação entre o resistor elétrico que foi posto em curto-circuito com os valores teórico e experimental das correntes elétricas. Apresente esta tabela no Tratamento de Dados de seu relatório. 4.. Circuito com esistores em Paralelo 4... Medida da Diferença de Potencial Também neste caso é muito importante resolver o circuito da Figura. Por resolver um determinado circuito elétrico entendemos determinar o valor das correntes elétricas envolvidas. Neste caso, existem duas correntes elétricas, visto que o circuito da Figura apresenta duas malhas. Calcule então os valores teóricos das tensões 4,, 4 e 4. As expressões para o cálculo destes valores são 4 ε 4 ε Demonstre as equações acima (Equação ) no Anexo de seu relatório. Construa então uma tabela em que apareçam os valores experimentais e teóricos de todas as tensões medidas ( 4,, 4 e 4 ). Para o cálculo dos valores teóricos utilize o valor nominal das resistências elétricas, bem como o valor proposto (0,00 ) da tensão elétrica da fonte. Calcule também e apresente na mesma tabela valores das tensões 4,, 4, 4, utilizando os valores medidos das resistências elétricas, além do valor medido da tensão elétrica da fonte. Nas duas últimas colunas desta tabela apresente os erros percentuais destas tensões, usando tanto os valores calculados com os dados nominais, quanto com os valores calculados com as medidas experimentais das resistências e tensão da fonte. Apresente esta tabela no Tratamento de Dados de seu relatório.

8 UNESDADE DO ESTADO DE SANTA CATANA - UDESC CENTO DE CÊNCAS TECNOLÓGCAS CCT DEPATAMENTO DE FÍSCA DFS 4... Medida das Correntes Elétricas Também em relação às correntes elétricas medidas neste experimento, para poder melhor comparar os resultados obtidos com aqueles esperados, é muito importante novamente ter resolvido o circuito da Figura. Novamente, em todos os casos estudados, temos um circuito de duas malhas, em que o valor do resistor equivalente varia caso a caso. Calcule então os valores das correntes elétricas teóricas em cada caso. As expressões para o cálculo destes valores são ( + + ) ( + ) ( + ) ( + ) 0 C 4 C 4 C ( + ) 0 C 4 C 4 C 4 Demonstre as equações acima (Equação 4) no Anexo de seu relatório. Construa então uma tabela em que apareçam os valores experimentais e teóricos de todas as correntes elétricas medidas em cada caso. Para o cálculo dos valores teóricos utilize o valor nominal das resistências elétricas, bem como o valor proposto (0,00 ) da tensão elétrica da fonte. Calcule também e apresente na mesma tabela valores destas correntes elétricas utilizando os valores medidos das resistências elétricas, além do valor medido da tensão elétrica da fonte. Nas duas últimas colunas desta tabela apresente os erros percentuais destas correntes elétricas, usando tanto os valores calculados com os dados nominais, quanto com os valores calculados com as medidas experimentais das resistências e tensão da fonte. dentifique claramente na tabela a relação entre o resistor elétrico que foi posto em curto-circuito com os valores teórico e experimental das correntes elétricas. Apresente esta tabela no Tratamento de Dados de seu relatório. 5. DSCUSSÃO Na seção Discussão dos esultados procure fazer uma análise dos resultados obtidos. Discuta os resultados frente às expectativas oriundas do modelo teórico considerado. Discuta também as principais fontes de erro que devem ser levadas em conta neste experimento. Lembre-se aqui, que mais importante do que os equipamentos usados no experimento, é a forma como ele foi conduzido. Caso não tenha obtido um resultado satisfatório, discuta aqui os possíveis motivos de isso ter acontecido, levando em conta as fontes de erro também discutidas. 5.. Medida da Diferença de Potencial Nas medidas de cada diferença de potencial obtida, analise o valor do erro percentual para cada uma das tensões, e interprete este resultado, comparando os valores encontrados em cada caso. 5.. Medida das Correntes Elétricas Nas medidas das correntes elétricas, analise o valor do erro percentual para cada caso estudado. nterprete este resultado, comparando os valores encontrados em cada caso. Discuta também o efeito de se fazer um curto-circuito em um dado circuito elétrico e suas conseqüências para o mesmo circuito.

9 UNESDADE DO ESTADO DE SANTA CATANA - UDESC CENTO DE CÊNCAS TECNOLÓGCAS CCT DEPATAMENTO DE FÍSCA DFS 6. BBLOGAFA 6.. HALLDAY, D. e ESNCK,. Fundamentos da Física olume 4 a Edição; Capítulo 7 (Corrente e esistência); Livros Técnicos e Científicos Editora S.A NUSSENZEG, H.M. Curso de Física Básica olume a Edição; Capítulo 6 (Corrente Elétrica); Editora Edgard Blücher SEAS, F. S.; ZEMANSK, M. W.; YOUNG, H. D.; FEEDMAN,. A. Física (Eletromagnetismo) a Edição Capítulo 6 (Corrente, esistência e Força eletromotriz) Addison Wesley ÁOS Apostila de Física Experimental Acesso pela página do Professor