Coleção UAB UFSCar. Física experimental. Engenharia Ambiental. Sérgio de Aguiar Monsanto. Física experimental

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1 Coleção UAB UFSCar Engenharia Ambiental Física experimental Sérgio de Aguiar Monsanto Física experimental

2 Física experimental

3 Reitor Targino de Araújo Filho Vice-Reitor Pedro Manoel Galetti Junior Pró-Reitora de Graduação Emília Freitas de Lima Secretária de Educação a Distância - SEaD Aline Maria de Medeiros Rodrigues Reali Coordenação UAB-UFSCar Claudia Raimundo Reyes Daniel Mill Denise Abreu-e-Lima Joice Otsuka Marcia Rozenfeld G. de Oliveira Sandra Abib Coordenador do Curso de Engenharia Ambiental Luiz Márcio Poiani UAB-UFSCar Universidade Federal de São Carlos Rodovia Washington Luís, km São Carlos, SP, Brasil Telefax (16) uab@ufscar.br

4 Sérgio de Aguiar Monsanto Física experimental 2011

5 2011, Sérgio de Aguiar Monsanto Supervisão Douglas Henrique Perez Pino Equipe de Revisão Linguística Ana Luiza Menezes Baldin Clarissa Neves Conti Daniela Silva Guanais Costa Francimeire Leme Coelho Jorge Ialanji Filholini Letícia Moreira Clares Luciana Rugoni Sousa Paula Sayuri Yanagiwara Sara Naime Vidal Vital Equipe de Editoração Eletrônica Christhiano Henrique Menezes de Ávila Peres Izis Cavalcanti Rodrigo Rosalis da Silva Equipe de Ilustração Jorge Luís Alves de Oliveira Lígia Borba Cerqueira de Oliveira Priscila Martins de Alexandre Capa e Projeto Gráfico Luís Gustavo Sousa Sguissardi Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou quaisquer meios (eletrônicos ou mecânicos, incluindo fotocópia e gravação) ou arquivada em qualquer sistema de banco de dados sem permissão escrita do titular do direito autoral.

6 SUMÁRIO UNIDADE 1: Informações gerais 1.1 Introdução Relação das práticas de Física Experimental Observações Relatórios Observações Desenvolvimento das práticas Avaliação na disciplina UNIDADE 2: Medidas de grandezas físicas e avaliação de erros experimentais 2.1 Medidas de grandezas físicas Tipos de medida Medida direta Medida indireta Incertezas ou erros de medidas Tipos de erro Erro associado a uma medida Formas de indicar erros ou Incertezas

7 2.4.1 Erro absoluto Erro relativo ( Xr) ou percentual ( X% ) Algarismos significativos Determinação e tratamento de erros de dados experimentais Média aritmética Média ponderada Dispersão das medidas, desvio padrão Erro padrão da média Comparação entre duas medidas Propagação de erros em cálculos Soma e subtração de grandezas afetadas por erros Multiplicação e divisão de grandezas afetadas por erros Erros em funções de grandezas afetadas por erros Alguns exemplos Algumas regras práticas Resumo das fórmulas UNIDADE 3: Gráficos 3.1 Regras básicas para a construção de gráficos Algumas definições utilizadas em gráficos Tipos de gráficos: determinação das escalas Alguns tipos de funções de ajuste... 45

8 3.4.1 Função linear Funções não lineares Funções exponenciais base decimal Funções exponenciais base neperiana Critérios para traçar a reta de ajuste mais provável UNIDADE 4: Método dos Mínimos Quadrados MMQ UNIDADE 5: Conceitos básicos de eletricidade 5.1 Simbologia Carga elétrica Lei de Coulomb Campo elétrico Diferença de potencial Intensidade e densidade de corrente elétrica Corrente elétrica Lei de Ohm Lei de Joule Potência elétrica Energia elétrica UNIDADE 6: Componentes Elementos básicos de um circuito 6.1 Circuito elétrico simples... 81

9 6.2 Fontes Resistor Código de cores Reostatos ou potenciômetros Fontes Leis de Kirchoff Associação de resistores Capacitor Indutor UNIDADE 7: Máxima transferência de potência UNIDADE 8: Circuitos transientes 8.1 Circuito RC Processo de carga Circuito RC Processo de descarga Circuito RL Processo de carga Circuito RL Processo de descarga UNIDADE 9: Formas de ondas De tensão, corrente ou potência UNIDADE 10: Corrente alternada 10.1 Sinais senoidais

10 10.2 Fase Diferença de fase Valor eficaz ou valor rms UNIDADE 11: Medidas elétricas 11.1 Multímetro Amperímetro Voltímetro Ohmímetro Frequencímetro UNIDADE 12: Circuitos em tensão (e corrente) alternada 12.1 Circuito RLC em tensão (e corrente) alternada Um circuito resistivo Um circuito capacitivo Um circuito indutivo Impedância Circuito RC em série em tensão (e corrente) alternada Frequência de corte do circuito (filtro) RC Circuito RL em série em tensão (e corrente) alternada

11 Frequência de corte do circuito (filtro) RL Comportamento de um circuito lc com tensão pulsada Circuito RLC em série em tensão (e corrente) alternada A constante de fase Φ Ressonância O fator de qualidade Q Circuito RLC em paralelo em tensão (e corrente) alternada UNIDADE 13: Amplitude e fase nas curvas de resposta de circuitos em tensão (e corrente) alternada em números complexos 13.1 Números complexos Solução de circuitos RLC utilizando números complexos Filtros Filtros RC Frequência de corte de filtros RC Outro modo de analisar os filtros RC Filtros RL Frequência de corte de filtros RL Outro modo de analisar os filtros RL Circuitos diferenciadores e integradores Circuito RC Circuito RL Ressonância: RLC em série Ressonância: RLC em paralelo

12 UNIDADE 14: Eletrônica de semicondutores 14.1 Tipos de semicondutores Semicondutor tipo n Semicondutor tipo p Junções do tipo pn Diodo de junção pn Polarização direta Polarização inversa Curva característica de um diodo Diodo Zener UNIDADE 15: Transformador UNIDADE 16: Osciloscópio 16.1 Tubo de raios catódicos Gerador de Base de Tempo (GBT) Amplificador do eixo X Triggering Amplificador X Amplificador Y Tipo de tensão O Osciloscópio GoldStar OS 9020 A

13 16.8 Funcionamento UNIDADE 17: Figuras de Lissajous UNIDADE 18: Formas de ondas complexas 18.1 Série de Fourier ANEXO Multímetro ANEXO Normas Para a Utilização do Multímetro Medidas Amperímetro Voltímetro Ohmímetro Caixa de montagens experimentais (Protoboard) ANEXO Tabelas do multímetro marca HGL modelo HGL-2000N Tabelas do multímetro marca Politerm modelo VC9802A Tabelas do multímetro marca Minipa modelo ET Referências