UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE FÍSICA DEPARTAMENTO DE FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO

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1 UNESDDE FEDEL D BH NSTTUTO DE FÍSC DEPTMENTO DE FÍSC DO ESTDO SÓLDO FS FÍSC GEL E EXPEMENTL / LBOTÓO POF.: uivldo egis Sobrl Turm: Teóric/ Prátic T: P:19 Dt: 08/03/2002 Equipe: drino L. do lle ESSTÊNCS NÃO LNEES PO EFETO DE TEMPETU (ELTÓO / EXPEÊNC 4)

2 - OBJETO Mostrr o efeito d tempertur sobre um resistor metálico (lâmpd incndescente) e em um semicondutor (termistor NTC). Levntr curv crcterístic d lâmpd e do termistor. nterpretr não lineridde ds crcterístics. - PTE TEÓC Pr melhor entendimento desse experimento dmitimos como pré-requisito, os conceitos listdos bixo: CONDUÇÃO ELÉTC NOS METS; CONDUÇÃO ELÉTC NOS SEMCONDUTOES; COEFCENTE DE TEMPETU D ESSTÊNC ELÉTC. - TEO DE MEDD: Curv crcterístic de um Elemento esistivo Ôhmico. O comportmento elétrico de um elemento de circuito pode ser representdo pel equção de estdo que lig ddp qul é submetido o elemento corrente que o trvess. Este comportmento pode ser tmbém representdo pel curv que se chm curv crcterístic do elemento. Um elemento Ôhmico, present um relção liner entre e. Onde é resistênci, em conseqüênci, crcterístic é um ret (olt) () Dipolos. Um elemento de circuito que possu dois terminis é chmdo de dipolo. Convenção: Pr um dd diferenç de potencil nos extremos de um dipolo orient-se um set do ldo negtivo pr o ldo positivo, temos b, é ssim considerdo positivo e corrente é tmbém considerd positiv, qundo est entr pelo terminl positivo. dipolo b dipolo b > 0 Dipolos tivos e Dipolos Pssivos. Nos circuitos elétricos de corrente contínu, um dipolo é tivo se ele fornece energi o resto do circuito onde está inserido. Um dipolo é dito pssivo qundo recebe energi do resto do circuito. < 0 E ( 1) (2) (1) dipolo tivo (2) dipolo pssivo

3 Dipolos não lineres curv crcterístic de um elemento resistivo não liner não é um ret. Podemos definir pr cd ponto M d curv crcterístic, um resistênci estátic e um resistênci diferencil. m (olt) M (olt) d m M m () m () m e, em Ohm m d d, em Ohm d e inclinção de OM d inclinção d tngente curv no ponto M. d Levntmento de um curv crcterístic. Pr levntrmos curv crcterístic de um elemento temos que inseri-lo dentro de um circuito onde possmos fzer vrir corrente que o trvess e medir ddp pr cd vlor de. x Elemento estuddo b b Observe que ddp medid pelo voltímetro é b e não ddp b que prece nos terminis do elemento ser estuddo. Pr conseguir o vlor de b no elemento, fzemos: b Neste experimento vmos construir curv crcterístic de um lâmpd incndescente e de um termistor. Esses dois elementos são dipolos pssivos e não lineres.

4 - PTE EXPEMENTL LST DE MTEL fonte de tensão; voltímetro; medidor multi-escls usdo como milimperímetro; reostto; termistor (NTC) lâmpd comum (piloto); plc de ligção; chve lig-deslig; fios LÂMPD O efeito do créscimo d resistênci de um fio metálico com tempertur é proveitdo em inúmeros dispositivos, como termômetro de fio de pltin ou lâmpd incndescente comum. lâmpd que estudremos é constituíd por um filmento de um lig de tungstênio, em form de mol, pr obter rigidez, estbilidde mecânic e comprimento suficiente. O filmento é colocdo num mpol de vidro contendo um gás inerte bix pressão (rgônio ou Kriptônio). TEMSTO Um termistor NTC (Negtive Temperture Coeficiente coeficiente de tempertur negtivo) é constituído por um disco de semicondutor. Um contto elétrico em cd fce do disco permite ligr um fio de conexão (terminl). Já sbemos que um umento de tempertur do semicondutor tem como conseqüênci um diminuição d resistênci. Os termistores presentm grnde sensibilidde em função d tempertur e por isso servem como elementos termo sensíveis em vários prelhos de medid. i - ntgens De bixo custo, lt sensibilidde, volume reduzido e de bo rigidez mecânic, eles permitem medir váris grndezs físics, fornecendo informção n form de grndez elétric, fácil pr teleprocessr. ii - nconvenientes Devido o fto de serem sensíveis á vrição de tempertur mbiente, é preciso, em lguns csos, um compensção em tempertur. pesr de su lt sensibilidde, eles possuem instbilidde com o envelhecimento e histerese.

5 .1 - Determinção d resistênci intern do Milimperímetro. Montmos o circuito bixo. o fonte de tensão Milimperímetro o d ' voltímetro K chve lig-deslig k c justmos o clibre do milimperímetro pr 2,5 m, 25 m e 250 m sucessivmente, em seguid justmos o reostto de form obtermos estes vlores () no milimperímetro, notndo s tenções correspondentes ( ), lids no voltímetro. resistênci do mperímetro será dd por ' (m) (olt) (Ω) 2,5 0, ± ,28 11,2 ± 0, ,50 2,00 ± 0,04 CÁLCULOS Cálculo do desvio bsoluto d resistênci intern do milimperímetro 1 2 Pr clibre 2,5 m no mperímetro 0,025 m e 0, , ,005 0,26 ( 2,5 10 ) 2 0, ,2 1,04 1,24 2 Ω Pr clibre 25 m 0,25 m e 0, ,005 0,28 ( ) 2 0, ,2 0,112 0,312 0,4 Ω Pr clibre 250 m 2,5 m e 0, ,005 0,5 ( ) 2 2,5 10 0,02 0,02 0,04 Ω

6 .2 - Crcterístic () d lâmpd. Montmos o circuito bixo. o d ' lâmpd k c b seguir, usndo pens o clibre de 250 m e o voltímetro n escl de mior sensibilidde comptível com medid. Construímos um tbel x. 2,5 m (m) (olt) 10 0,065 0, , , ,230 0,025 Fundo de escl 2,5 50 0, , ,750 Lâmpd ces 75 0, , , , , , , , , , , , ,805 0, , , , , , , , , , , ,300

7 .3 - Crcterístic () d Termistor. No circuito nterior substituímos lâmpd pelo termistor. Montmos o circuito bixo. ' d o termistor k c b seguir, usndo o clibre do mperímetro (25 m e 250 m) e o voltímetro n escl de mior sensibilidde ( 2,5 e 10 ) comptível com medid. Construímos um tbel x. 2,5 m Fundo de escl Disvio vlido (olt) (m) olt. mp. olt. mp. 1,25 5,0 2,5 25 m 0,025 0,25 m 2,20 10,0 3,0 15,0 10 0,1 3,4 20,0 3, m 2,5 m 3,7 30 3,8 35 3,8 40 3,8 45 3,8 50 3,7 55 3,7 60 3,7 65 3,7 70

8 .4 - nfluênci d tempertur. Utilizndo o mperímetro e o voltímetro ns escls de mior sensibilidde Fundo de escl Desvio vlido mperímetro 2,5 m 0,025 m oltímetro 2,5 0,005 justmos posição do cursor do reostto de mneir obter no mperímetro um corrente de 1,5 m. Fizemos s leiturs: o 1,5 m 1,56 m 0,60 quecemos o termistor usndo um fonte de clor (segurndo o termistor com os dedos) e observmos que corrente e tensão umentrm. Neste cso cedemos energi térmic pr o sistem. Utilizndo o mperímetro e o voltímetro ns escls. Fundo de escl Desvio vlido mperímetro 250 m 2,5 m oltímetro 10 0,02 gor, vrindo novmente posição do cursor do reostto, justmos um corrente de proximdmente 50 m no mperímetro. Fizemos s leiturs: o 50 m 38 m 3,6 quecemos o termistor usndo um fonte de clor (segurndo o termistor com os dedos) e observmos que corrente e tensão diminuírm. Neste cso retirmos energi térmic pr o sistem.

9 CONCLUSÃO prtir dos ddos coletdos, vmos trçr os gráficos que relcionm tensão e corrente no condutor, e prtir do gráfico vmos determinr resistênci do condutor. Espermos um relção do tipo: b ( ) e resistênci d lâmpd será dd por: Crcterístic d Lâmpd i () (volt) (olt) L (olt) L (Ohm) 1 0,010 0,065 0,020 0,045 4,50 2 0,020 0,110 0,040 0,070 3,50 3 0,030 0,160 0,060 0,100 3,33 4 0,040 0,230 0,080 0,150 3,75 5 0,050 0,420 0,100 0,320 6,40 6 0,060 0,600 0,120 0,480 8,00 7 0,070 0,750 0,140 0,610 8,71 8 0,075 0,950 0,150 0,800 10,67 9 0,080 1,100 0,160 0,940 11, ,085 1,200 0,170 1,030 12, ,090 1,300 0,180 1,120 12, ,095 1,460 0,190 1,270 13, ,100 1,600 0,200 1,400 14, ,105 1,750 0,210 1,540 14, ,110 1,920 0,220 1,700 15, ,115 2,050 0,230 1,820 15, ,120 2,200 0,240 1,960 16, ,125 2,350 0,250 2,100 16, ,130 2,500 0,260 2,240 17, ,135 2,805 0,270 2,535 18, ,140 3,000 0,280 2,720 19, ,150 3,400 0,300 3,100 20, ,160 3,800 0,320 3,480 21, ,170 4,200 0,340 3,860 22, ,180 4,700 0,360 4,340 24, ,190 5,200 0,380 4,820 25, ,200 5,600 0,400 5,200 26, ,210 6,000 0,420 5,580 26, ,220 6,400 0,440 5,960 27, ,230 6,900 0,460 6,440 28, ,240 7,300 0,480 6,820 28,42 L L 2 Ω ( pr clibre de 250 m ) L (resistênci estátic)

10 Crcterístic do Termistor prtir dos ddos coletdos, vmos trçr os gráficos que relcionm tensão e corrente no condutor, e prtir do gráfico vmos determinr resistênci do condutor. Espermos um relção do tipo: b ( ) e resistênci do termistor será dd por: T i () (volt) (olt) T (volt) T (Ohm) 1 0,005 1,250 0,01 1, ,010 2,200 0,02 2, ,015 2,000 0,03 1, ,020 3,400 0,04 3, ,020 3,600 0,04 3, ,030 3,700 0,06 3, ,035 3,800 0,07 3, ,040 3,800 0,08 3, ,045 3,800 0,09 3, ,050 3,800 0,1 3, ,055 3,700 0,11 3, ,060 3,700 0,12 3, ,065 3,700 0,13 3, ,070 3,700 0,14 3, T T 2 Ω ( pr clibre de 250 m ) L (resistênci estátic) mudnç do fundo de escl do mperímetro pr um tensão constnte. Qundo vrimos o fundo de escl do mperímetro ltermos su resistênci intern, vrindo corrente no circuito umentndo o quecimento d resistênci do circuito (lâmpd ou termistor), o que fz com que seu vlor vrie pr mis ou pr menos. Nesse processo tensão permnece mesm. Tl conclusão está de cordo com lei de Ohm: (olt) (olt) ( Ω) ()