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 Manuel Firmino da Silva Torres Projeto FEUP 1º ano -- MIEEC : Paulo Portugal Supervisor: Nuno Almeida Equipa 3 da Turma 2: Monitor: Joana Fonseca Estudantes & Autores: André M. Leão up @fe.up.pt José Mendes up @fe.up.pt Pedro Leocádio up @fe.up.pt Pedro Silva up @fe.up.pt Roberto Lopes up @fe.up.pt Tiago Guedes up @fe.up.pt Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 1/14

2 Resumo No âmbito da cadeira Projeto FEUP foi-nos proposto um trabalho laboratorial relacionado com resistências elétricas. O trabalho teve como objetivo relacionar as resistências com as mudanças de luz e temperatura. Na atividade que consistiu em relacionar a resistência com a temperatura foram utilizados: um recipiente com água quente, um termómetro e um multímetro na função ohmímetro para medir a resistência. A experiência foi realizada colocando parte da resistência submersa em água e medindo o valor da mesma enquanto a temperatura da água diminuia. Uma vez que o valor da resistência aumentava à medida que a temperatura diminuia concluiu-se que esta era uma resistência NTC (Negative Temperature Coeficient). A segunda atividade consistiu em relacionar a intensidade da luz com a resistência. Foram utilizados: o ohmímetro novamente, um luxímetro, um LDR (Light Dependent Resistor) e uma breadboard, um candeeiro com regulador de luz e isolantes de luz. Realizou-se a experiência começando por isolar a resistência e o luxímetro, expondo-o só à luz proveniente do candeeiro. Mediu-se os valores da resistência e do luxímetro à medida que se fazia variar a luz com o regulador. Chegamos a conclusão que a resistência do LDR diminuia quando estava exposta a mais luz. Palavras-Chave LDR; NTC; PTC Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 2/14

3 Agradecimentos Com o projeto FEUP, tivemos uma melhor integração na FEUP e foi-nos proporcionado um aprofundamento significativo a nível social e a nível mental. Deste modo, gostaríamos de agradecer ao professor Nuno Almeida e à nosso monitora Joana Fonseca por todo o apoio e disponibilidade dispensados na realização deste nosso trabalho, desde laboratorial até na própria realização do relatório. Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 3/14

4 Índice Lista de figuras 1. Introdução 2. LDR e NTC 2.1 Funcionamento do LDR e NTC Preparação e Ensaios Dados 3. Aplicações 3.1 Aplicações LDR Iluminação Pública Fotografia Painéis Solares 3.2 Aplicações NTC Aquecedores automáticos 4. Conclusões Referências bibliográficas Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 4/14

5 Lista de figuras Figura 1 - Montagem do LDR aberta. Figura 2 Montagem NTC. Figura 3 Multímetro e o ecrã do luxímetro/aquisição de dados. Figura 4 Tabela valores de intensidade de luz incidente (Lux) e a resistência (kω) resultante desse valor do LDR. Figura 5 Gráfico obtido dos valores da Figura 4. Figura 6 Tabela valores de temperatura (ºC) e a resistência (kω) resultante desse valor do NTC. Figura 7 - Gráfico obtidos dos valores da Figura 6. Figura 8 - Exemplo de uso de LDR em iluminação pública. Figura 9 - Exemplo de uso de LDR na fotografia. Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 5/14

6 1. Introdução No âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, como parte do grupo 3 da turma 2 do curso Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, realizamos um trabalho cujo tema foi Resistências dependentes da luz e da temperatura. O objetivo deste projeto foi introduzir-nos à realização de um relatório técnico e científico, assim como ao uso de equipamento laboratorial por exemplo: o voltímetro ou o luxímetro e a escrita/interpretação de gráficos. Nesta atividade explorámos as variações dos valores das resistências PTC, e LDR (Light Dependent Resistor). Com a criação da resistência PTC passou a ser possível construir não só aquecedores autorreguláveis, mas também outros como os sensores de corrente excessiva que aumentam a sua resistência ao aquecer. Os LDRs têm vários usos desde a regulação da luminosidade do ecrã de um telemóvel até à ativação de luzes domésticas dependentes da luminosidade externa à casa. Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 6/14

7 2. LDR e NTC O LDR (Light Dependent Resistor) é um tipo de resistência que varia o seu valor consoante a variação da intensidade da luz. A sua caraterística é apresentar um valor de resistência mais baixo quando exposta a maior luminosidade. O NTC (Negative Temperature Coeficient) é uma resistência que estabelece uma relação entre o seu valor e a temperatura a que está sujeita. Neste tipo de resistências a resistência elétrica diminui à medida que a temperatura aumenta. 2.1 Funcionamento do LDR e NTC Os LDRs são produzidos com materiais carateristicos por possuírem poucos eletrões livres quando se encontram em ambiente com pouca luz, tais como o Sulfeto de Cádmio (CdS) e o Sulfeto de Chumbo (PbS). Quando expostos à luminosidade há libertação de eletrões, o que possibilita uma maior condutividade elétrica. A isto se chama de efeito de fotocondutividade. Quando um LDR deixa de estar exposto à luz os eletrões voltam à camada inicial. Normalmente os LDRs variam entre 1 MΩ e 10 MΩ quando inseridos em ambientes escuros e podem chegar a atingir menos de 100 Ω quando presentes à luz. Algumas destas resistências podem responder a diferentes ondas eletromagnéticas, nomeadamente UV e IV. Os NTCs são fabricados com materiais semicondutores simples, como por exemplo: Óxidos de Ferro (Fe2O3), Magnésio (MgO) e Crómio (Cr2O3). O tempo de resposta destas resistências variam desde frações de segundos até minutos. Isto depende da dimensão da massa detetora do NTC e da sua capacidade térmica. Nas resistências do tipo NTC o aumento da temperatura provoca o aumento o número de eletrões livres, resultando na diminuição da resistência elétrica Estes tipos de resistências atuam entre -200 C e 1000 C de temperatura. Para além dos NTCs, existem também resistências que operam de maneira contrária, ou seja, aumentando o valor da resistência com a subida da temperatura. Estas resistências denominam-se por PTCs (PositiveTemperature Coeficient). Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 7/14

8 2.1.1 Preparação e Ensaios Na atividade do LDR foi fornecida uma resistência e conectou-se numa breadboard. Através de crocodilos, ligou-se o LDR ao multímetro em função de ohmímetro. Previamente calibramos uma aplicação de telemóvel "Luxmeter" com um luxímetro. Envolvemos a breadboard e o telemóvel com materiais isoladores (caixas e casaco), expondo-os apenas à luz provinda de um candeeiro. Com a resistência ligada a um multímetro em função de ohmímetro registou-se valores de resistência para diferentes intensidades de luz, alterando-as com o regulador conectado ao candeeiro. Num segundo momento, utilizou-se um luxímetro em vez da aplicação de telemóvel. Na atividade do NTC utilizamos um recipiente com água quente como forma de fazer variar a temperatura. Fixamos a resistência e um termómetro ao recipiente de forma a ficarem mergulhados os sensores de ambos. O NTC foi ligado ao multímetro em função de ohmímetro e à medida que a temperatura da água diminuía iam-se registando valores de resistência e de temperatura. Figura 1: Montagem aberta LDR Figura 3: Aquisição de dados Figura 2: Montagem NTC Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 8/14

9 2.1.2 Dados LDR Lux R (kω) Figura 4: Tabela correspondência Lux, resistência(kω) para o LDR Figura 5: Gráfico a partir dos valores da figura 4 NTC T(ºC) R (kω) Figura 6: tabela correspondência temperatura(ºc), resistência(kω) para o NTC Figura 7: Gráfico obtido a partir dos valores da figura 6 Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 9/14

10 3. Aplicações As resistências do tipo LDR podem ser aplicadas em diversas áreas, tais como: na iluminação pública, na fotografia, para fins de uso militar e pesquisas astronómicas. As resistências do tipo NTC são utilizadas como sondas de temperatura em aplicações industriais, em aparelhos médicos, em eletrodomésticos, em instrumentação para investigação científica, no setor automóvel, nas telecomunicações, em aplicações militares, etc. Em algumas aplicações destinam-se a medir valores absolutos de temperatura razoáveis, como é o caso das aplicações médicas, ao passo que em outras, como as aplicações industriais, podem destinar-se a medir temperaturas de vários milhares de kelvin. 3.1 Aplicações LDR Iluminação Pública Um dos obstáculos à visão do Homem foi a falta de iluminação à noite, o que veio proporcionar a necessidade de uma maior luminosidade durante esta. Com o avanço da tecnologia e da eletricidade, os LDR's surgem e vêm facilitar a gestão e a economia de energia na iluminação pública. Como já foi referido, o LDR apresenta um nível de resistência mais alto quando exposta a menor luminosidade, daí que, quando escurece, esta resistência vai funcionar como um "sensor", que através de outros dispositivos, permitem o acionamento dos diversos meios de iluminação noturna. Uma das grandes aplicações deste tipo de resistências são o facto de nos permitirem gerir os intervalos de tempo em que é realmente necessária a iluminação e desta forma aplicá-la de uma maneira mais eficaz. Deste modo, estas resistências contribuem para uma melhor economização de energia, de modo a evitar desperdícios energéticos. Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 10/14

11 Figura 8 - Exemplo de uso de LDR em iluminação pública Fotografia Um dos aspetos mais importantes em fotografia é a regulação do nível de luz, que se escolhido corretamente permite ao utilizador a captura de uma boa imagem. As máquinas fotográficas de hoje em dia possuem, uma grande parte, flash automático, para a captura de fotos em ambientes pouco iluminados. O flash automático necessita de obter valores de luminosidade do exterior, para isso a câmara possui várias resistências LDR com o intuito de obter esses valores e assim detetar se é necessário usar o flash ou não. Figura 9 - Exemplo de uso de LDR na fotografia Painéis Solares Na atualidade, os painéis solares são uma grande fonte de obtenção de energia. Existem também painéis capazes de se mover automaticamente, a fim de tornarem-se mais Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 11/14

12 eficientes. Com os painéis automaticamente capazes pretende-se que estes sigam o movimento do Sol, produzindo a máxima eficiência. Para que esta espécie de "perseguição" seja possível existem as resistências LDR. Estas vêm marcar o local de menor resistência que, por sua vez, será onde haverá maior luminosidade, e assim, indicar ao painel onde atingir o máximo de energia possível. 3.2 Aplicações NTC Aquecedores automáticos A automação nos nossos dias tem sido algo que tem vindo a ser cada vez mais usado, um exemplo mais recente são os aquecedores automáticos. O funcionamento destes provém da utilidade da resistência NTC. O NTC sofre um aumento de resistência quando a temperatura diminui e, por conseguinte, uma diminuição de valor de resistência quando a temperatura aumenta. Todo este procedimento dá informação da temperatura exterior ao aquecedor. Portanto, o aquecedor poderá ativar quando a temperatura ambiente estiver abaixo de um certo nível proposto pelo seu utilizador, funcionando assim automaticamente de acordo com a temperatura ambiente. Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 12/14

13 4. Conclusões Com a oportunidade que se teve de trabalhar com estas resistências na cadeira Projeto FEUP, conseguiu-se adquirir alguns conhecimentos relativamente a este tipo de componentes elétricos e também alguma experiência a nível de laboratório. Em relação ao LDR concluiu-se que que é um tipo de resistência que altera o seu valor consoante a luz que nele incide. Com o tratamento dos dados experimentais notou-se que o valor da resistência é maior quando esta se encontra num ambiente com pouca luz. À medida que se fazia incidir cada vez mais luz, a resistência ia diminuindo de forma a ser mínima quando exposta à maior intensidade que se conseguiu possibilitar. O NTC é um outro tipo de resistência que varia com a temperatura. A atividade laboratorial permitiu-nos ver que de facto estava-se perante de um NTC e não de um PTC. Visto que o valor da resistência era menor quando exposta a uma maior temperatura e que, à medida que a temperatura descia o seu valor aumentava, chegou-se à conclusão que a resistência apresentava um coeficiente de variação negativo com a temperatura. Daí o no NTC - Negative Temperature Coefficient. Resistências como estas são úteis à sociedade para diversas aplicações relacionadas com o bem estar e o conforto do ser humano. Por isso, deve haver um estudo constante deste tipo de componentes, melhorando-os e desenvolvendo-os de forma a conseguirem cada vez mais solucionar problemas com que o Homem se depara. Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 13/14

14 Referências bibliográficas Reis, Fábio. 11/02/2016. "Curso de Eletrônica O que é um LDR (Light Dependent Mattede, Henrique "Sensor de temperatura NTC e PTC". Acedido a 25/10/ Resistor)". Acedido a 25/10/ Patsko, Luís Fernando. 18/12/2006. "Tutorial, aplicações, funcionamento e utilização de sensores" Acedido a 25/10/ _aplicacoes_e_funcionamento_de_sensores.pdf Witkovski, Anderson " Termistores, termopares". Acedido a 25/10/ Analógica instrumentação e controle: Nota Técnica. 06/2013. " Termistores". Acedido a 26/10/ Martinez Brenno "Termistores - NTC". Acedido a 26/10/2016: Resistências dependentes da luz e da temperatura Equipa 3, Turma 2 14/14