Laboratório de Física UVV

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1 Resistividade em Fios Metálicos Nome: Turma: Data: / /20 Objetivos Determinar a resistividade de fios metálicos por meio da medida da resistência e da Lei de Ohm; Equipamentos Painel DiasBlanco para lei de Ohm; Dois multímetros; Quatro cabos banana-banana (um longo e três curtos); Introdução A resistência de um material depende do modo como o potencial elétrico é distribuído através do material. A Figura 1 mostra a mesma diferença de potencial aplicada de duas formas diferentes, sobre o mesmo resistor 1. Como se pode observar nos dois casos, as linhas de corrente são diferentes, resultando em resistências diferentes. Figura 1: Halliday e Resnick, Vol. 3 - Eletromagnetismo, 8a ed., cap No entanto, existe uma outra propriedade que independentemente da distribuição das linhas de campo pelo dispositivo, chamada resistividade. Sua definição é apresentada na equação abaixo: = E J (1) onde E é o campo elétrico aplicado sobre o material e J a sua densidade de corrente 2. Isto seria perfeito se houvesse alguma forma de medir estas grandezas, o que não é 1 Halliday e Resnick - Fundamentos da Física 3 - Eletromagnetismo, 8a edição, A densidade de corrente J é definida como sendo a quantidade de carga elétrica através de uma seção transversal de área A, por unidade de tempo, sendo a sua unidade A/m².

2 possível neste laboratório. Ao invés disto, a resistividade dos fios será determinada através da medida direta e indireta da sua resistência, a qual se relaciona com a resistividade pela equação: R= L A (2) onde L é o comprimento do fio e A a área de sua seção transversal. Neste experimento, o comprimento do fio é muito maior do que a região onde as linhas de corrente, se deformam, próximo aos eletrodos, e por isto podemos desprezar estas deformações, considerando que as linhas se distribuem como na Figura 1-b. Os fios metálicos utilizados no Painel DiasBlanco, são ligas com as características apresentadas na tabela abaixo: Resistores Metálicos R ϕ (mm) Composição 1 0,32 22% de Cr, 4,5% de Al e 73,5% de Fe 2 0,51 22% de Cr, 4,5% de Al e 73,5% de Fe 3 0,72 22% de Cr, 4,5% de Al e 73,5% de Fe 4 0,51 80% de Ni e 20% de Cr 5 0,64 100% de Cu Parte 1: Medida da Resistência por meio de um Ohmímetro Neste primeiro experimento, iremos medir a resistência com um Ohmímetros, em função do comprimento do fio, preenchendo a tabela a segui: # 250mm 500mm 750mm 1000mm

3 Parte 2: Medida da Resistência pela Lei de Ohm É esperado que algumas tentativas de medida da resistência na parte 1, não possam ser realizadas, dado ao seu baixo valor, aquém das escalas disponíveis no multímetro. Isto nos leva a propor uma segunda forma alternativa para levantar estas medidas. A ideia consiste em usar a lei de Ohm para determinar a resistência. Para isto monte o circuito da Figura 2, com uma fonte de alimentação, um amperímetro, um voltímetro e o painel DiasBlanco. Figura 2: Circuito para medida da resistência, pela lei de Ohm. Durante este experimento, mantenha a tensão sobre o fio em teste, inferior a 2000mV e a corrente inferior a 200mA. Embora a resistência ideal para um amperímetro seja zero, o amperímetro do laboratório está longe disto, com uma resistência interna da ordem de 20Ω. Isto significa que muita pouca tensão restará para ser distribuída pelo resistor do painel, no entanto, isto será suficiente para ser medido pelo voltímetro, na pior das hipóteses na escala de 200mV. Faça as medidas de corrente e tensão, preenchendo a tabela a seguir: R 250mm 500mm 750mm 1000mm I (ma) V(mV) I (ma) V(mV) I (ma) V(mV) I (ma) V(mV)

4 Observe que, a menos do resistor 5, a corrente permanece muito estável, praticamente constante durante todo o experimento. Parte 3: Medida da Resistência pela Lei de Ohm, com controle de corrente A medida para o fio de cobre ainda não é satisfatória, com valores da ordem de uma unidade de mv, o que representa 2% da escala de 200mV. Nesta terceira tentativa será feito a mesma medida anterior, mas com apenas o resistor 5 e com uma corrente controlada de 1,50A. Para operar a fonte com controle de corrente, execute, precisamente, os procedimentos a seguir: remova um dos plugues banana de um dos terminais da fonte; ajuste a tensão na fonte em 2,5V (não necessita de ajustar com o voltímetro externo); zerar os dois controles de corrente (ajuste fino e ajuste groso). Neste momento a luz vermelha da corrente deverá acender e a tensão, na fonte deve ir a zero, ou próximo disto. Este comportamento é esperado; passar o amperímetro para a escala de 10A (não se esqueça de mudar a escala e trocar a posição do conector banana no amperímetro); religar o conector banana ao terminal da fonte; ajuste a corrente (pelos controles de corrente) a 1,50A, ou próximo disto, com a leitura no amperímetro; Em seguida repita o procedimento para a medida da tensão e corrente no fio de cobre (Resistor 5). R 250mm 500mm 750mm 1000mm I (ma) V(mV) I (ma) V(mV) I (ma) V(mV) I (ma) V(mV) 5 As medidas das tensões devem ficar em algumas dezenas de mv, com pouca ou nenhuma variação na corrente. Relatório As resistividades devem ser calculadas pela equação (2), quando a resistência for conhecida. Quando não, use a lei de Ohm para determinar as resistências necessárias. Observe que três dos fios são iguais, devendo obter valores para as resistividades bem próximas.

5 Formulário R= L A V =R i Resistência para um fio de comprimento L, seção transversal de área A e resistividade ρ; Lei de Ohm Composições = R d2 4 L = V d2 4i L Resistividade pela medida de resistência; Resistividade pela Lei de Ohm.