Laboratório de Física UVV

Transcrição

1 Laboratório de Física U 1/5 Resistividade em Fios Metálicos Resistência lunos: Turma: Data: / /20 1: 2: 3: 4: 5: Objetivo Determinar a resistividade de fios metálicos por meio da medida da resistência e da Lei de Ohm; Equipamentos Painel DiasBlanco para lei de Ohm; Dois multímetros; Cinco cabos bananabanana (dois longos e três curtos); Introdução resistência de um material depende do modo como o potencial elétrico é distribuído através do material. Figura 1 mostra a mesma diferença de potencial aplicada de duas formas diferentes, sobre o mesmo resistor 1. Como se pode observar nos dois casos, as linhas de corrente são diferentes, resultando em resistências diferentes. Figura 1: Halliday e Resnick, ol. 3 Eletromagnetismo, 8a ed., cap No entanto, existe uma outra propriedade que independentemente da distribuição das linhas de campo pelo dispositivo, chamada resistividade. Sua definição é apresentada na equação abaixo: 1 Halliday e Resnick Fundamentos da Física 3 Eletromagnetismo, 8 a edição, 2010.

2 Laboratório de Física U 2/5 = E J (1) onde E é o campo elétrico aplicado sobre o material e J a sua densidade de corrente 2. No entanto, tais grandezas como campo elétrico e densidade de corrente não são facilmente medidos, tão pouco neste laboratório. o invés disto, a resistividade dos fios será determinada através da medida direta e indireta da sua resistência, a qual se relaciona com a resistividade pela equação: R= L (2) onde L é o comprimento do fio e a área de sua seção transversal. Neste experimento, o comprimento do fio é muito maior do que a região onde as linhas de corrente se deformam, próximo aos eletrodos, e por isto tais deformações podem ser desprezadas e considerar que as linhas de corrente se distribuem homogeneamente como na Figura 1b. Os fios metálicos utilizados no Painel DiasBlanco, são ligas metálicas com as composições apresentadas na tabela abaixo: Resistores Metálicos R d (mm) Composição 1 0,320 22% de Cr, 4,5% de l e 73,5% de Fe 2 0,505 22% de Cr, 4,5% de l e 73,5% de Fe 3 0,722 22% de Cr, 4,5% de l e 73,5% de Fe 4 0,505 80% de Ni e 20% de Cr 5 0, % de Cu Medida da Resistência por meio de um Ohmímetro Neste primeiro experimento, será medido a resistência dos fios com um Ohmímetro, em função do seu comprimento. Figura 2 apresenta a medida da resistência no fio 1 para os comprimentos de 1000 mm a 500 mm. Devido ao pequeno valor das resistências dos fios, utilize sempre a menor escala de resistência do Ohmímetro. Preencha a tabela a seguir com as resistências medidas nos diferentes fios e comprimentos. 2 densidade de corrente J é definida como sendo a quantidade de carga elétrica através de uma seção transversal de área, por unidade de tempo, sendo a sua unidade /m².

3 Laboratório de Física U 3/5 Ω Ω Ω (a) (b) (c) Figura 2: Medida da resistência no fio 1 para 1000 mm (a), 750 mm (b), 500 mm (c),... Resistências ( ) # 250 mm 500 mm 750 mm 1000 mm Medida da Resistência pela Lei de Ohm lgumas das resistências medidas na parte 1 são menores que o fundo de escala disponível no multímetro. Isto leva a propor uma forma alternativa para medir estas resistências. ideia aqui consiste em usar a lei de Ohm para determinar a resistência. Para isto monte o circuito da Figura 3, observando as orientações a seguir: 1. Para a montagem utilize fios bananabanana para as conexões representadas pelos fios azuis e apenas uma ponta de prova para conectar o voltímetro ao painel DiasBlanco, fio vermelho, Figura 3a; 2. Inicialmente zere a tensão na fonte. lguma tensão residual pode permanecer na fonte, isto é normal; 3. Em seguida conecte o amperímetro à fonte e ao circuito, conforme a Figura 3; 4. Por fim adicione o voltímetro ao circuito.

4 Laboratório de Física U 4/5 o terminar a montagem utilize o procedimento a seguir para ajustar a tensão da fonte: 1. umente a tensão na fonte monitorando simultaneamente a tensão no voltímetro, que não pode ultrapassar a 2,0, e a corrente no amperímetro, a qual não pode ultrapassar a 200 m; 2. Com a tensão ou corrente ajustados, messa a corrente e tensão sobre o fio para os comprimentos 1000 mm, 750 mm, 500 mm e 250 mm, movendo apenas a ponta de prova do voltímetro (fio vermelho indicado na Figura 3a); 3. o terminar as medidas neste fio, zere a tensão na fonte e, somente após isto, mude os terminais banana para próximo fio; 4. Repita os procedimentos 1 a 3 para os próximos fios até preencher a tabela a seguir. Embora a resistência ideal de um amperímetro seja zero, a resistência interna do amperímetro do laboratório está longe disto, com uma resistência interna da ordem de 20 Ω. Isto significa que muito pouco da tensão aplicada pela fonte restará para ser distribuída pelo fio do painel. Se achar necessário altere a escala no voltímetro, para a escala mais adequada. Faça as medidas de corrente e tensão para as diferentes comprimentos e preencha a tabela a seguir: # Figura 3: Circuito para medida da resistência, pela lei de Ohm, medido 1000 mm (a), 750 mm (b), 500 mm (c),... Medidas 250 mm 500 mm 750 mm 1000 mm I (m) (m) I (m) (m) I (m) (m) I (m) (m)

5 Laboratório de Física U 5/5 Parte 3: Medida da Resistência pela Lei de Ohm, com controle de corrente medida para o fio de cobre ainda não é satisfatória, com valores da ordem de uma unidade de m, o que representa 2% da menor escala, de 200 m. Nesta terceira tentativa será feito a mesma medida anterior, mas com apenas o resistor 5 e com uma corrente fixada em ~1,50. Para operar a fonte com controle de corrente, execute, precisamente, os procedimentos a seguir: Remova um dos plugues banana de um dos terminais da fonte; juste a tensão na fonte em 2,5 (não necessita de ajustar com o voltímetro externo); Zerar os dois controles de corrente (ajuste fino e ajuste groso). Neste momento a luz vermelha da corrente deverá acender e a tensão, na fonte deve ir a zero, ou próximo disto. Este comportamento é esperado; Passar o amperímetro para a escala de 10 (não se esqueça de mudar a escala e trocar a posição do conector banana no amperímetro); Religar o conector banana ao terminal da fonte; juste a corrente (pelos controles de corrente apenas) a 1,50, ou próximo disto, agora com a leitura no amperímetro; Em seguida repita o procedimento para a medida da tensão e corrente no fio de cobre (Resistor 5). Resistências ( ) 250 mm 500 mm 750 mm 1000 mm # I () (m) I () (m) I () (m) I () (m) 5 s medidas das tensões devem ficar em algumas dezenas de m, com pouca ou nenhuma variação na corrente. Formulário R=ρ L =R i Resistência para um fio de comprimento L, seção transversal de área e resistividade ; Lei de Ohm. Composições ρ= R π d2 4 L ρ= π d2 4i L Resistividade pela medida de resistência. Resistividade pela medida da corrente x tensão.