Laboratório de Circuitos Elétricos

Transcrição

1 Laboratório de Circuitos Elétricos 3ª série Mesa Laboratório de Física Prof. Reinaldo / Monaliza Data / / Objetivos Observar o funcionamento dos circuitos elétricos em série e em paralelo, fazendo medidas de tensões e correntes; calcular e comparar potências elétricas; observar a dependência da resistência com a temperatura; estudar as pilhas como geradores reais. Materiais 2 pilhas formando uma bateria de aproximadamente 3 volts, 2 lâmpadas iguais de lanterna, voltímetro, amperímetro e fios de ligação. Dicas i. As conexões devem ser bem firmes. Firmá-las com os dedos é bom e não afeta as medidas. ii. As pilhas não devem ser colocadas em curto. Fique atento a isso! iii. Tenha a lâmpada L 1 sempre em vista, e não a confunda com a L 2, pois elas são ligeiramente diferentes. iv. Medir a tensão das pilhas sempre nas garras. v. Manter os circuitos desligados quando não estiver fazendo medidas. Parte Zero Medidas iniciais a) Com as pilhas desconectadas de qualquer circuito, meça sua tensão inicial. U = (Dica: a tensão das pilhas deve ser medida em suas garras-jacaré, firmando o contato com os dedos) b) Retire a lâmpada L 1 de seu soquete e leia em seu corpo os valores nominais de tensão ( U = V ) e corrente ( i = A ). c) Calcule a potência nominal dessa lâmpada, aquela que seria dissipada nas condições ideais. P nominal =

2 Parte Um Circuito simples com 1 lâmpada Monte um circuito simples, ligando as pilhas apenas à lâmpada L 1. Observe bem o seu brilho, que chamaremos de normal. Esse brilho será nossa referência daqui em diante. Desenhe abaixo um esquema do circuito montado. d) Meça a tensão que as pilhas estão fornecendo à lâmpada L 1. U simples = e) Meça a corrente que as pilhas estão fornecendo à lâmpada L 1. Para isso, abra o circuito e conecte o amperímetro em série com ela. i simples = f) Agora que você tem valores medidos de tensão e corrente na lâmpada, calcule sua potência real nesta situação. P simples = Parte Dois Circuito com 2 lâmpadas em série Monte agora um circuito onde as pilhas estejam ligadas às duas lâmpadas em série. Observe o brilho de cada uma delas. Compare-os com o brilho normal : Desenhe abaixo um esquema do circuito montado. g) Meça agora a tensão total que as pilhas estão fornecendo às lâmpadas. U série = Meça também a tensão nos soquetes de cada uma das lâmpadas. Para isso, conecte o voltímetro em paralelo com cada uma delas, uma de cada vez, tocando as pontas de prova nos parafusos. U 1s = ; U 2s = 2

3 h) Meça a corrente total que as pilhas estão fornecendo às lâmpadas. i série = i 1s = i 2s = i) Agora que você tem valores medidos de tensão e corrente em cada lâmpada, calcule suas potências reais nesta nova situação. Observe que P série é a potência total fornecida às lâmpadas, que é a soma de P 1s e P 2s. P 1s = ; P 2s = ; P série = Parte Três Circuito com 2 lâmpadas em paralelo Finalmente, monte um circuito onde as pilhas estejam ligadas às duas lâmpadas em paralelo. Observe o brilho de cada uma delas. Compare-os com o brilho normal : Desenhe abaixo um esquema do circuito montado. j) Meça a tensão que as pilhas estão fornecendo às lâmpadas. U paralelo = U 1p = U 2p = k) Meça a corrente total que as pilhas estão fornecendo às lâmpadas. i paralelo = Meça também a corrente em cada uma das lâmpadas. Para isso, abra o circuito e conecte o amperímetro em série com cada uma delas, uma de cada vez. i 1p = ; i 2p = (Dica: o amperímetro deve entrar após a bifurcação, medindo a corrente que vai para uma das lâmpadas de cada vez) l) Agora que você tem valores medidos de tensão e corrente em cada lâmpada, calcule suas potências reais nesta nova situação. Observe que P paralelo é a potência total fornecida às lâmpadas, que é a soma de P 1p e P 2p. P 1p = ; P 2p = ; P paralelo = 3

4 Muito bem! Após ter feito todas as medidas de tensões e correntes, e de ter observado os brilhos das lâmpadas nos diversos circuitos... vamos às conclusões! Parte Quatro Conclusões m) Em qual dos circuitos montados (simples, série ou paralelo) a corrente fornecida pelas pilhas foi maior? Por quê? n) Observe a potência total P das lâmpadas, calculada nos itens f, i e l. Ela variou? Quando ela foi maior? o) Relacione as respostas dadas aos itens m e n. Inclua no seu raciocínio o conceito de resistência equivalente em um circuito. Vamos estudar agora o comportamento da lâmpada L 1 em cada um dos circuitos montados! p) Localize a máxima potência que a lâmpada L 1 atingiu durante todo o experimento. Ela é menor ou maior que a potência nominal da lâmpada calculada no item c? Por quê? q) Vamos pensar agora na resistência R da lâmpada L 1. Calcule R utilizando os valores medidos de tensão U e corrente i na lâmpada L 1 em cada parte do experimento. Parte Um - simples: R = Parte Dois - série: R = Parte Três - paralelo: R = 4

5 r) Sabemos que a resistência de um metal aumenta com a temperatura. A resistência R da lâmpada L 1, calculada no item anterior, permaneceu constante? Se houve variação de R, verifique se é possível relacioná-la à temperatura do filamento da lâmpada em cada circuito montado. Vamos pensar agora no conjunto de pilhas como um gerador real! s) Observe atentamente a tensão U das pilhas nos itens a, d, g e j. Ela permaneceu constante? Organize os dados na tabela U versus i e explique os resultados baseado no que você sabe sobre o comportamento de um gerador real. item circuito U (V) i (A) a desconectado 0 d g j simples série paralelo t) Dentre os valores da tabela acima, identifique a fem (ε) do conjunto de pilhas. ε = u) A partir da equação do gerador, calcule a resistência interna r do conjunto de pilhas. Utilize, para cada cálculo de r, os valores de tensão U e suas respectivas correntes i da tabela montada no item s. circuito simples circuito série circuito paralelo r médio = 5

6 v) Construa um gráfico da tensão das pilhas U em função da corrente i fornecida ao circuito em cada uma das montagens. Para isso, utilize os dados da tabela montada no item s. U (V) Gráfico U x i do conjunto de pilhas 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 i (A) w) Ajuste uma reta média aos pontos do gráfico. x) Observando o gráfico, responda: As pilhas se comportaram conforme o que se espera de um gerador real? Por quê? y) A partir do gráfico, calcule a inclinação da reta média. Não se esqueça das unidades! O que representa, fisicamente, essa inclinação? 6

7 z) Ainda a partir do gráfico, determine a corrente de curto-circuito i cc das pilhas. i cc = aa) Também se pode calcular i cc a partir dos resultados dos itens t e u, usando-se a equação do gerador. Faça esse cálculo. Qual a diferença porcentual entre os dois resultados de i cc? i cc = diferença % = bb) Reexamine com cuidado todo o experimento, os dados anotados e as conclusões. Procure destacar mais alguma informação ou resultado que você ache relevante e que não tenha sido explorado até agora. 7