Caracterização de uma Lâmpada

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1 Caracterização de uma Lâmpada Laboratório de Eletricidade e Magnetismo Introdução Resistores não-lineares são dispositivos que não seguem a lei de Ohm quando submetidos a uma tensão ou corrente. Quando a relação entre V e I não é constante, os materiais são classificados como não ôhmicos ou não lineares. A Figura mostra a curva I x V para materiais não ôhmicos. Um gráfico de resistência em função da temperatura é semelhante a um gráfico de resistividade em função da temperatura. Ilustramos na Figura a dependência da resistência elétrica com a temperatura para os metais, uma liga de constantan e os semicondutores. A não linearidade pode ter várias origens como efeito da temperatura, luz, correntes de tunelamento, barreira de potencial de junção, etc. Um exemplo comum de resistência não-linear que varia pelo efeito da temperatura é uma lâmpada incandescente. Quando está apagada, a mesma apresenta uma baixa resistência, pois o filamento de tungstênio está frio. À medida que se aplica uma corrente ao filamento, o mesmo aquece por efeito Joule, o que aumenta a resistividade do metal devido à maior agitação térmica dos elétrons. Figura. Curva característica de corrente versus tensão de um semicondutor (a) e um metal (b) Figura. Curva característica de resistência como função de temperatura de um semicondutor (a) e um metal (b) Os corpos aquecidos emitem ondas eletromagnéticas em faixas de comprimento de ondas que dependem da temperatura. É comum sentir a radiação infravermelha de uma chapa quente a distância. O ferro quente do ferreiro emite luz visível ao sair da brasa. O filamento das lâmpadas incandescentes emite luz devido a alta temperatura na qual ele se encontra. Em muitos casos a cor aparente do corpo é usada para estimar a temperatura. A expressão que define a resistência de um corpo é dada por Onde: ρ resistividade do material (no nosso caso, o tungstênio que constitui o filamento da lâmpada) L comprimento do filamento A área do filamento

2 Observar que a resistência é uma propriedade extrínseca e por isso depende das suas dimensões - área e comprimento. A resistividade, por outro lado, é uma característica que é própria de cada material (propriedade intrínseca). Observa-se que o valor da resistividade de um material varia com a sua temperatura. A resistividade, ρ, para temperaturas baixas de um fio condutor de comprimento (L) e seção reta (A) depende da temperatura da seguinte maneira: 0 ( T T0 ) ρ 0 é resistividade do metal na temperatura T 0 e α o seu coeficiente de temperatura. O diodo emissor de luz (LED) Alguns materiais se comportam como condutores sob algumas condições e isolantes sob outras. Esses materiais são chamados semicondutores, e estão no coração de quase todos os principais sistemas eletrônicos modernos. Um diodo semicondutor é um dispositivo usado para permitir que a corrente flua em uma direção, enquanto bloqueia seu fluxo em outra direção. Os diodos agem como válvulas de mão única, permitindo que a corrente flua em apenas uma direção. Essa capacidade é chamada de propriedade retificadora. O símbolo de um diodo em um circuito é mostrado na Figura. Figura. Diodo LED Os terminais de um diodo são chamados de ânodo e cátodo. A maioria dos diodos permite que a corrente flua do ânodo para o cátodo. Assim, quando aplicamos uma tensão através do diodo de modo que o dispositivo permita a passagem da corrente elétrica, dizemos que o diodo foi polarizado diretamente. Isso é feito aplicando uma voltagem positiva do ânodo para o cátodo. Quando o diodo é polarizado inversamente, ou seja, quando uma voltagem negativa for aplicado do ânodo para o cátodo, não haverá corrente através do diodo. Todos os diodos liberam energia, na forma de luz, quando polarizados diretamente. A luz liberados por diodos de silício está na faixa do infravermelho, e são usados em controles remotos. Alguns diodos são feitos para emitir luz visível e são conhecidos como diodo emissor de luz (LED, na sigla em inglês). O diodo de um LED fica abrigado em uma lâmpada de plástico, criada para focar a luz em uma direção específica. O terminal conectado ao cátodo é mais curto do que o conectado ao ânodo. Em comparação com as lâmpadas incandescentes, os LEDs são mais duráveis e muito mais eficientes. Nunca ligue um LED diretamente em uma fonte de tensão, ou poderá danificá-lo instantaneamente. O LED deve ser ligado em série com um resistor para limitar a corrente que o atravessa. Figura. Curva característica de corrente versus tensão de um LED Objetivo Caracterização de uma lâmpada de fio de tungstênio pela curva corrente versus tensão. Caracterização de uma lâmpada LED pela curva corrente versus tensão. Metodologia

3 Para caracterizar a lâmpada de fio de tungstênio, será montado um circuito simples como mostrado na Figura para realizar as medidas tensão como função da corrente. Para caracterizar a lâmpada de led, será montado um circuito simples, como mostrado na Figura para realizar as medidas tensão como função da corrente. Fazer o gráfico de tensão versus corrente para ambos os materiais. Analisar e avaliar o comportamento do gráfico. Planejamento - Escolha da escala do voltímetro e amperímetro segundo os parâmetros dos dispositivos fornecidos - Faça a escolha das escalas adequadas dos instrumentos de medidas. - Antes de ligar a fonte, coloque a fonte em 0 V. - Verifique a polaridade do diodo LED, a patinha curta é o cátodo. Material Lâmpada de tungstênio. lâmpada LED Cabos, Fonte DC 0-0V, Voltímetro (multímetro) Amperímetro (multímetro). Protoboard

4 Procedimento experimental Laboratório de Eletricidade e Magnetismo Meça com um multímetro (ohmímetro) a resistência das lâmpadas de tungstênio fornecidas a temperatura ambiente. V: Voltímetro. A: Amperímetro. Parte I: Caracterização da lâmpada de tungstênio pela curva de corrente vs tensão. Figura. Montagem do experimento para caracterizar uma lâmpada de tungstênio.. Monte o experimento num protoboard conforme o esquema elétrico mostrado na Figura, colocando um resistor de proteção R P = Ω -,W e Lâmpada de maior potência: Lâmpada. Coloque a escala do voltímetro em 0 V e o amperímetro na escala de 00 ma.. Faça as medidas de tensão e corrente segundo a Tabela, tendo cuidado a não ultrapassar a escala do amperímetro.. Abaixe a tensão da fonte para 0 V e desligue.. Substitua a lâmpada por a lâmpada de menor potência: lâmpada conforme o circuito da Figura.. Coloque a escala do voltímetro em 0 V e o amperímetro na escala de 00 ma.. Faça as medidas de tensão e corrente segundo a Tabela, tendo cuidado a não ultrapassar a escala do amperímetro. Parte II: Caracterização de um a lâmpada LED pela curva corrente versus tensão Figura. Montagem do experimento para caracterizar uma lâmpada LED.. Monte o experimento conforme a Figura, utilizando o LED vermelho e um resistor de proteção R P = Ω -,W. Verifique a polaridade do diodo LED (diretamente polarizado).. Coloque a escala do voltímetro em 0 V e o amperímetro na escala de 0 ma.. Faça as medidas de tensão e corrente segundo a Tabela, tendo cuidado a não ultrapassar a escala do amperímetro. Para medir correntes menores mude de escala.. Abaixe a tensão da fonte para 0 V e desligue.. Substitua o LED por outro de cor verde conforme o circuito da Figura.

5 . Coloque a escala do voltímetro em 0 V e o amperímetro na escala de 0 ma.. Faça as medidas de tensão e corrente segundo a Tabela, tendo cuidado a não ultrapassar a escala do amperímetro. Relatório a) A introdução deve incluir: conceito de comportamento ôhmico e não ôhmico, caracterização de materiais pela curva de corrente vs tensão, para efeitos de comparação com o experimento b) Faça o gráfico da tensão I versus V e verifique a linearidade ou não do gráfico. c) A partir do gráfico descreva a suas características para cada material, procurando uma relação das características dos tipos de materiais em estudo. Isto é discuta se o material tem comportamento ôhmico ou não, metálico, semicondutor e o comportamento da resistência. d) Faça uma analise quantitativo, compare a partir de que valores de tensão dos diodos conduzem corrente. e) Discuta o comportamento da resistência à medida que a tensão aumenta. f) Escreva as conclusões visando se os objetivos propostos foram alcançados, justifique.

6 Procedimento Experimental Laboratório de Eletricidade e Magnetismo Materiais Toma de dados Tabela. ambiente. R(Ω) Valor medido da resistência das lâmpadas de tungstênio com o multímetro a temperatura Lâmpada Lâmpada Toma de dados Tabela. Dados de tensão e corrente correspondente à Lâmpada : N V ( ) I ( ) 0 0,00 0,0,00,0,00,0,00,0,00,0,00,0,00 Tabela. Dados de tensão e corrente correspondente à Lâmpada. N V ( ) I ( ) 0 0,00,00,00,00,00,00,00,00,00,00 0,00,00,00

7 Tabela. Dados de tensão e corrente correspondente à Lâmpada LED: Vermelho. N V ( ) I( ) 0,0,,0,,0,,0,,0,,0,,00,0,0, Tabela. Dados de tensão e corrente correspondente à Lâmpada LED: Verde N V ( ) I( ) 0,0,,0,,0,,0,,0,,0,,00,0,0,