Física Experimental II

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1 Universidade Federal Fluminense - PUVR Física Experimental II 1 Objetivos Experiência: Medidas Elétricas 1. Usar o código de cores para identicação dos valores nominais dos resistores elétricos. 2. Praticar a utilização do multímetro para medir resistência, tensão e corrente elétricas. 3. Determinar o erro de uma medida. 4. Calcular o erro relativo e o erro propagado. 2 Material e equipamentos Resistências, multímetro, baterias, cabos conectores e placa com componentes elétricos. 3 Fundamentos teóricos O procedimento para determinar o valor nominal de resistores elétricos com 4 anéis é explicado abaixo. Existem resistores que possuem mais de 4 anéis. Os valores nominais destes resistores podem ser obtidos de forma análoga ao caso mais comum de 4 anéis. 1. Identicar a cor do primeiro anel, e vericar através da Tabela 1 de cores o algarismo correspondente à cor. Este algarismo será o primeiro dígito do valor do resistor. OBS: O primeiro anel será aquele que estiver mais próximo de qualquer um dos terminais do resistor, Figura Identicar a cor do segundo anel. Determinar o algarismo correspondente ao segundo dígito do valor da resistência. 1

2 Cores 1 o anel 2 o anel 3 o anel 4 o anel Prata - - 0,01 10% Ouro - - 0,1 5% Preto Marrom % Vermelho % Laranja % Amarelo % Verde Azul Violeta Cinza Branco Tabela 1: Código de cores para leitura de resistência elétrica. 3. Identicar a cor do terceiro anel. Determinar o valor para multiplicar o número formado pelos itens 1 e 2. Efetuar a operação e obter o valor da resistência. 4. Identicar a cor do quarto anel e vericar a porcentagem de tolerância do valor nominal da resistência do resistor. 5. Para os cálculos de corrente elétrica e tensão se empregará a Lei de Ohm V =IR, aonde V é a tensão aplicada ao circuito, I a corrente elétrica que passa pelo circuito e R a resistência elétrica do circuito. OBS: Todas as medidas realizadas com instrumentos digitais possuem erro. Este erro pode ser encontrado no manual do instrumento, que geralmente é fornecido pelo fabricante. Não esqueça de conferir os erros das medidas aferidas com o multímetro digital. 4 Procedimento 1. Considere a placa com componentes elétricos. Obtenha os valores nominais das resistências presentes nela e sua tolerância a partir de seu código de cores. 2. Meça usando o multímetro, os valores experimentais R exp da resistência elétrica. 2

3 Figura 1: Desenho esquemático de resistor 3. Monte um circuito para realizar medidas da corrente elétrica e tensão. 4. Adjuste a tensão V e a corrente I do circuito através da fonte. Meça a corrente elétrica I exp (usando o multímetro) que passa pelo circuito através de uma resistência. 5. Meça a tensão V exp (usando o multímetro) aplicada na resistência. 6. Repita os itens 3-5 para todas as resistências. 5 Análise dos dados 1. Os valores medidos das resistências usando o multímetro estão de acordo com os valores nominais, considerando a tolerância do valor nominal e o erro experimental da medida? Justique sua resposta. 2. Faça um esboço do arranjo experimental utilizado para fazer as medidas da corrente elétrica do circuito para cada valor diferente de resistência elétrica. Os valores medidos das correntes elétricas estão de acordo com os teóricos? Justique sua resposta. 3. Faça um esboço do arranjo experimental utilizado para fazer as medidas das tensões sobre cada resistor. Os valores medidos das quedas de tensão elétricas estão de acordo com os valores teóricos? Justique sua resposta. 4. Calcule R exp usando a Lei de Ohm e os valores encontrados para I exp e V exp? Compare estes valores com os valores teóricos para R. Qual delas foi mais precisa? Qual delas foi mais exata? Explique. 3

4 OBS: Precisão é denida como a razão entre o erro e o valor da medida e ela é expressa em %. Quanto menor o valor do erro obtido comparado com o valor do mensurando, maior a precisão da medida, isto é, uma precisão de 1% é melhor do que uma precisão de 5%. Exatidão é o quanto uma medida se aproxima do valor verdadeiro do mensurando, ou do valor tabelado, ou do valor teórico esperado. O erro relativo mede a exatidão da medida: um erro relativo de 1% signica uma exatidão melhor do que um erro relativo de 5%. 6 Elaboração do relatório De posse dos dados obtidos, dos cálculos, das tabelas, dos desenhos e das respostas da Seção 5, elabore um relatório contendo pelo menos os itens: 1. Folha rosto com os nomes dos integrantes do grupo devidamente assinado por eles. 2. Título. 3. Introdução: Importância da experiência e caracterização do problema. 4. Objetivos: O que se pretende realizar? O que se tenciona provar? 5. Fundamentação teórica. 6. Material e equipamentos utilizados. 7. Montagem da experiência: Descrever a montagem da experiência assim como também os cuidados tomados na mesma. 8. Resultados: Apresentação de tabelas, desenhos e leituras de instrumentos de medida. 9. Discussão dos resultados: Os resultados do relatório necessariamente precisam de uma análise de erro cuidadosa. Os resultados estão em acordo com a teoria? Sim? Não? Justique. Que diculdades foram encontradas durante a experiência? 10. Conclusão: O que aprederam? O que conseguiram (ou não conseguiram) provar? Como poderia ser melhorada a experiência? Como poderia ser melhorada a coleta de dados? Etc. 11. Bibliograa. 4

5 Formulário: N i=1 σ = (T i T ) 2 σ N 1 m = σ N f(x, y,...) f = f x 2 x 2 + f y 2 y Mínimos quadrados (erros diferentes): Y = ax + b a = ( i w i)( w i y i x i ) ( i w iy i )( i w ix i ) b = ( i w iy i )( i w ix 2 i ) ( i w iy i x i )( i w ix i ) σa 2 = ( i w i) σ2 b = ( i w ix 2 i ) = ( i w i )( i w i x 2 i ) ( i w i x i ) 2 w i = 1. σi 2 Mínimos quadrados (erros iguais): Y = ax + b a = N( i y ix i ) ( i y i)( i x i) b = ( i y i)( i x2 i ) ( i y ix i )( i x i) σa 2 = N σ2 σb 2 = ( i x2 i ) σ2 = N( i x 2 i ) ( i x i ) 2 i (Y i) 2 σ 2 = N 2 onde Y i = y i (ax i + b). 5