Resistências dependentes da Luz e da Temperatura

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1 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Projeto FEUP 2016/2017 Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores: Coordenador Geral: Coordenador do curso: Supervisor: Equipa 1MIEEC7_2: Monitor: Estudantes & Autores: Fernando Silva up @fe.up.pt Ana Araújo up @fe.up.pt Nuno Lopes up @fe.up.pt José Dias up @fe.up.pt Clara Correia up @fe.up.pt Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 1/13

2 Resumo O verdadeiro objetivo desta atividade é relacionar a variação da temperatura e da luz com resistências. De facto, estas variáveis influenciam o comportamento de certas resistências, isto é, com o aumento da temperatura deve ser prevista uma variação na resistência NTC (Negative Temperature Coefficient) e com o aumento da intensidade luz deve-se verificar também uma variação na resistência LDR (Light Dependent Resistor). Tendo em vista observar os fenómenos anteriormente referidos, procedeu-se à realização de uma experiência com todos estes componentes eletrónicos. A atividade foi realizada em duas partes distintas: primeiramente foi feita a atividade com a temperatura e uma resistência NTC e de seguida foi feita a atividade com a luz e a resistência LDR. Na primeira utilizou-se um candeeiro que incidia sobre um luxímetro a uma intensidade moderável, enquanto na última se recorreu a uma chaleira elétrica para aquecer a água, á qual posteriormente se adicionava água fria enquanto se registavam os valores assinalados por um termómetro. A partir desta atividade foi possível concluir que o aumento da temperatura provoca uma diminuição nas resistências NTC, enquanto o aumento da intensidade da luz provoca um aumento nas resistências LDR, tal como previsto. Palavras-Chave FEUP; Engenharia Eletrotécnica e de Computadores; MIEEC; Resistências; Termistor; LDR; NTC; Temperatura; Luz; Multímetro. Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 2/13

3 Índice 1. Introdução Resistência em Função da Luz - LDR Procedimentos experimentais: Resultados Resistência NTC Procedimentos experimentais Resultados Conclusões Pequenas considerações: Referências bibliográficas Apêndices... 8 Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 3/13

4 1. Introdução O presente relatório, cujo tema é Resistências dependentes da Luz e da Temperatura, é realizado no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, pela equipa 2 da turma 7 do Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores. Nesta experiência procuramos observar a influência da luz e da temperatura em dois tipos de componentes eletrónicos, as resistências LDR (Light Dependent Resistor) e NTC (Negative Temperature Coefficient), a fim de obter uma maior familiarização com o equipamento de medida disponível. A resistência pode ser caracterizada como a dificuldade encontrada para que haja passagem de corrente elétrica por um condutor submetido a uma determinada tensão (a). São componentes dependentes de diversos fatores, pelo que a temperatura e a luz foram as variáveis estudadas neste tema, recorrendo a resistências LDR e NTC. As resistências vêm-se revelando cada vez mais importantes e têm sido utilizadas em vários ramos da indústria, apesar de pouco conhecidas. O seu papel tem sido fundamental em áreas da indústria plástica, indústria da borracha e química, em fornos industriais, baterias de aquecimento e até mesmo em hospitais, hotéis, entre outros. Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 4/13

5 2. Resistência em Função da Luz - LDR A resistência LDR, ou resistência dependente da luz, tem como característica principal a sua variação com a intensidade da luz. Na verdade, quanto maior for a intensidade da luz, menor será a sua resistência e quanto menor for a intensidade, maior será aquela. Este tipo de resistências regista valores entre em Ω (Ohm). A resistência LDR é representada pelo símbolo apresentado na Figura 1 (c). Figura 1- Símbolo da resistência LDR (c) Em 1873, Willoughby Smith, engenheiro elétrico inglês, descobriu o fenómeno da fotocondutividade (b). Foi a partir desta descoberta que se começaram a ver as formas primitivas de LDR s. As resistências LDR apenas reagem quando são expostas a intensidade luminosa. Isto porque quando os fotões atingem o componente, excitam os eletrões de valência do material semicondutor, fazendo-os atingir a banda de condução (d). Na ausência de luz a resistência LDR é máxima mas à medida a intensidade luminosa aumenta, a resistência regista valores cada vez menores. Na Figura 2 é representado este fenómeno graficamente. Figura 2 Gráfico Resistência vs Iluminação (d) Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 5/13

6 Resistência (MΩ) 2.2. Procedimentos experimentais: 1. Ligou-se a resistência LDR ao multímetro em primeiro lugar. Com um pano, cobriu-se o candeeiro, a resistência e o multímetro, de modo a não haver interferência da luz exterior à experiência. 2. Registaram-se os valores da luminosidade e da resistência inicial. 3. Ligou-se o candeeiro e foi-se aumentando a sua intensidade em intervalos de 30 segundos, registando os valores apresentados ao longo da sua variação. 4. Obteve-se a seguinte tabela de valores: Resistência (MΩ) Intensidade da Luz (Lux) 61,8 7,3 2,67 227,45 1,18 673,15 0, ,15 0, ,5 5. A partir desta tabela elaborou-se o seguinte gráfico: 70 R=f(luz) Luz (Lux) Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 1/13

7 2.3. Resultados A Física é uma ciência que segue o método hipotético dedutivo. E a última etapa deste método assenta na verificação da hipótese através da experimentação. Assim, seguiu-se este método para provar que, o LDR é um resistor que, à medida que a intensidade da luz aumenta, a sua resistência diminui. A experiência foi organizada de forma cuidada, desde a escolha dos materiais e instrumentos a usar, à determinação das condições onde ocorreu. A experiência começou por incidir a luz de um candeeiro sobre a resistência tapada com um pano. Em seguida procedeu-se à medição do valor da resistência nestas condições, sendo de 61.8 kω. A seguir, aumentou-se a luminosidade e foi-se registando os valores da resistência, sendo estes sucessivamente de 2.67,1.18,0.86 e Perante os resultados obtidos foi possível confirmar e validar a hipótese, isto é, o LDR variou conforme a intensidade da luz pois verificou-se que, quanto maior a intensidade luminosa, menor a resistência deste resistor, como comprovado pelo gráfico anterior. Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 2/13

8 3. Resistência NTC A resistência NTC faz parte de um grupo de resistências denominadas termistores. Os termistores são excelentes sensores para aplicações [em] que seja necessário uma alta sensibilidade com as mudanças de temperatura. As aplicações de termistores estão mais voltadas à área média e na biologia. [ ] Os termistores fazem parte da classificação de termoresistência. Termistores são sensores de temperatura fabricados com materiais semicondutores. (i). Existem dois tipos de termistores: NTC (Negative Temperature Coefficient) e PTC (Positive Temperature Coefficient). Estas diferem na reação ao aumento da temperatura sendo que a primeira diminui a sua resistência elétrica face ao aumento da temperatura, enquanto a última aumenta a sua resistência elétrica. O termistor é representado pelo símbolo apresentado na Figura 3. Figura 3 Símbolo de um termistor (e) Estes dispositivos são largamente usados para medir temperatura, limitar corrente de partida em circuito e componentes elétricos, proteção de sobre corrente, e podem ser usado em circuitos de controle de temperatura.. Atingem temperaturas entre os -90ºC e 130ºC (e). Figura 4 Gráfico da resistência em função da temperatura Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 3/13

9 3.2 Procedimentos experimentais 1. Aqueceu-se água numa chaleira elétrica e, em simultâneo, ligou-se a resistência ao multímetro. Isolou-se a resistência LDR em conjunto com o termómetro, a fim de não haver contacto com a água. 2. Após a fervura da água, transferiu-se esta para um recipiente de plástico e mergulhou-se o termómetro e a resistência isolados. Registou-se nesse momento a temperatura inicial da água e o valor da resistência, e a cada minuto juntou-se um pouco de água fria, anotando-se sempre os novos valores da temperatura e da resistência. 3. Repetiu-se o processo até se atingir meio litro de água fria adicionada. 4. Obteve-se a seguinte tabela de valores: Resistência (kω) Temperatura (ºC) 6,54 60,2 6,93 57,1 8,77 51,7 10,57 46,5 12,08 42,2 13,7 38,5 15,01 36,1 15,77 34,9 5. A partir desta tabela elaborou-se o seguinte gráfico: Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 4/13

10 Resistência (kω) R = f(temperatura) Temperatura (ºC) 3.3. Resultados Seguindo o mesmo método, procurou-se validar e confirmar através da verificação experimental que o NTC é um resistor que, à medida que a temperatura diminui, o valor da sua resistência aumenta ou vice versa. Na realização da experiência, verificamos que, a temperatura da água, após a fervura era de 60,2ºC e o valor da resistência de 6.54kΩ.Com a sucessiva introdução de água fria, a temperatura diminuiu e o valor da resistência aumentou. No final da experiência, a temperatura registada foi de 34,9ºC e o valor da resistência de 15,77 kω,como se pode observar pelo gráfico. 4. Conclusões Em suma, com este trabalho verificou-se que algumas resistências são dependentes da Luz ou da Temperatura. Através desta experiência conseguimos aprender também a trabalhar com Material de Laboratório, equipamento básico de medida (como o multímetro na sua função de ohmímetro, mas também de voltímetro e de amperímetro) e a trabalhar melhor com folhas de cálculo de Microsoft Excel. Como grupo, conseguimos também aprender a trabalhar em equipa e a orientarmo-nos no sentido de maximizarmos a eficiência de trabalho. Através deste trabalho concluiu-se que existem resistências dependentes da luz (LDR Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 5/13

11 Light Dependent Resistor) e da temperatura (NTC Negative Temperature Coeficient) ou PTC - Positive Temperature Coeficient) em que as primeiras diminuem a sua resistência com o aumento da luz incidente e as segundas diminuem (NTC) ou aumentam (PTC) a sua resistência com o aumento da temperatura. 5. Pequenas considerações: O que aconteceria se se tivesse medido o aquecimento da água em vez do seu arrefecimento? Na experiência utilizou-se um NTC e como tal, o gráfico de R= f(l) é crescente, já que se mediu-se a diminuição da temperatura. Caso se tivesse registado os valores do aumento da temperatura, iria-se obter um gráfico decrescente, pois os valores dos NTCs diminuem com o aumento da temperatura. Na experiência utilizou-se um vidro transparente, mas e se se tivesse usado um vidro fosco? Quais seriam as diferenças? A única diferença seria que a luz não iria atravessa o vidro tão facilmente e, por essa razão a luminosidade seria mais baixa. Consequentemente, os valores registados seriam menores e o gráfico continuaria decrescente, apenas mais encolhido. Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 6/13

12 6. Referências bibliográficas a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. hp Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 7/13

13 7. Apêndices Referências e especificações das resistências: NTCLE100E3 VT935G 80mw/dp/ ?ost=VT935G+EXCELITAS+TECH&selectedCategoryId=&CMP=os_pdfdatasheet&searchView=table&iscrfnonsku=false Resistências dependentes da Luz e da Temperatura Equipa 1MIEEC7_2 8/13