UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS Departamento de Engenharia Área de Eletricidade Experimento Prático N o Eletricidade para Engenharia Lei de Ohm e Potência Elétrica L A B O R A T Ó R I O D E E L E T R I C I D A D E
Exper. Lei de Ohm e Potência Elétrica Objetivo Verificar a lei de Ohm. Determinar a resistência elétrica através de valores de tensão e corrente. Levantar a curva de potência em função da corrente de um resistor. Observar o efeito Joule. Fundamentação Teórica A resistência é a propriedade do material de se opor ou resistir ao movimento dos elétrons e fazer necessária à aplicação de uma tensão para manter o fluxo de corrente. Nos metais e em alguns outros tipos de condutores a corrente é proporcional à tensão aplicada: um aumento na tensão provoca um aumento proporcional na corrente. Matematicamente, temse a relação V = R. I com : V = tensão aplicada [V] R = resistência [] I = intensidade da corrente [A] A relação linear entre tensão e corrente é representada graficamente por uma reta que passa pela origem, conforme a figura a seguir: V V I Figura (1) I Do gráfico anterior, concluise que o valor da resistência em questão é numericamente igual à tangente da reta (I x V): R V V I I Para se determinar à curva característica de um resistor, devese medir a intensidade da corrente que o atravessa e a tensão aplicada sobre ele. Assim utilizaremos um esquema de medição conforme a figura a seguir. O circuito é composto por uma fonte variável de tensão contínua ligada em série com um resistor. A determinação das variáveis elétricas é obtida diretamente dos aparelhos de medição, voltímetro e amperímetro.
I ma 0 V V(V) I V 0V 0 0 0 0 0 I(mA) Figura () V R I 0 3 3 3 3 0. (0 0). (0 0). 0x A taxa com que a energia é fornecida ou consumida em um sistema genérico é, por definição, a potência do mesmo. W P T com Energia medida em Joules [J] Tempo medido em segundos [s] Potência medida em watt [W] Em termos de grandezas elétricas, a potência fornecida ou absorvida por um componente é expressa matematicamente pelo produto da tensão aplicada (ou gerada) pela intensidade da corrente que o atravessa. P V. I Se o componente é um resistor, a tensão e a corrente estão relacionadas pela lei de Ohm, ora mencionada e as seguintes expressões são válidas: P R. I V R A potência elétrica em um resistor é uma função quadrática da corrente ou da tensão. Cada resistor possui uma especificação máxima da potência que ele pode absorver sem se superaquecer até uma temperatura destrutiva. O efeito de aquecimento de um resistor quando percorrido por uma corrente elétrica é, em muitos casos, o fenômeno de interesse na aplicação do dispositivo, tal como ocorre com o chuveiro elétrico, com lâmpadas incandescentes, ferro elétrico, secador, etc. A energia elétrica entregue por uma fonte aos terminais de um resistor é transformada em calor. Tal fenômeno é conhecido como efeito Joule. Material Utilizado Fonte variável: 0 a 30 V corrente contínua variável; Resistores : 70, 1k,,k e 3,9k, todos de 1/ W, com tolerâncias elétricas variáveis; Resistores: e 0/5W, com tolerâncias elétricas variáveis; Multímetros analógicos e digitais; Kits desenvolvidos no laboratório; Fios e cabos para realização do experimento; 3
Indicadores de temperatura (termômetros digitais / analógicos); Lupas para a visualização de resistores. Procedimento Prático 1 Monte o circuito da figura (3), com os valores de R descritos no quadro (1). I ma 0V Figura (3) Varie a tensão da fonte, conforme a primeira coluna do quadro (1). Para cada valor de tensão ajustada, meça e anote o valor da corrente, e da queda de tensão no resistor utilizando o multímetro digital. (Obs.: Para cada valor de resistência indicado no quadro abaixo, montar o circuito do item anterior). V fonte R=0 R=70 R=1k R=,k R=3,9k [V] I [A] V [V] I [A] V [V] I [A] V [V] I [A] V [V] I [A] V [V] 0 Quadro (1) 3 Repita o Item utilizando agora o multímetro analógico. Anote os valores médios no Quando (). V fonte R=0 R=70 R=1k R=,k R=3,9k [V] I [A] V [V] I [A] V [V] I [A] V [V] I [A] V [V] I [A] V [V] 0 Quadro () Com o circuito da figura (), varie a tensão da fonte de acordo com o quadro (), meça e anote as respectivas correntes. I ma 0V Figura () 0 V V
V [V] 0 Quadro (3) 5 Repita o item anterior utilizando o multímetro analógico. Anote os valores no quadro (). V [V] 0 Quadro () Troque o resistor utilizado no item anterior por com as seguintes descrições: 0/5W. Preencha o quadro (5) utilizando o multímetro digital. V [V] 0 Quadro (5) 7 Repita o item anterior utilizando agora o multímetro analógico. Anote os valores no quadro (). V [V] 0 Quadro () Monte o circuito da figura (5). V 0/5W Figura (5) 9 Meça a tensão e a corrente em cada resistor utilizando o multímetro digital. Anote os valores no quadro (7). R [] V [V] P [W] 0/5W Quadro (7) Repita o item anterior utilizando agora o multímetro analógico. Anote os valores no quadro (). R [] V [V] P [W] 0/5W Quadro () 11 Verifique o aquecimento dos dois resistores. Para isto utilize o termopar tipo K. Meça e anote no quadro(9), medidas de temperatura para cada resistor e a temperatura diferencial entre ambos. Descreva o que você observou. 5
Leituras 1 3 5 7 9 R/P = R/P = 0/5W Temperatura Diferencial [ C] Quadro (9) Observações: Questões 1 Com os valores registrados no quadro (1), levante o gráfico v = f(i) para cada resistor, em um mesmo plano em papel milimetrado ou planilha Excel. Determine, através do gráfico, o valor de cada resistência. 3 Explique as discrepâncias sobre os valores nominais. Determine o valor da resistência elétrica que quando submetido a uma tensão de 5V, é percorrida por uma corrente de 00mA. 5 Com os quadros obtidos, construa os gráficos da potência em função da corrente de cada resistor. Qual dos resistores elétricos ( e 0/5W) aqueceu mais? Por quê? 7 Calcule para os três resistores 0 (1/ W), 0 (1W) e 0 (5W), a corrente máxima e a tensão máxima que podem ser aplicadas sem danos aos transdutores térmicos (resistores). Escreva a equação do gerador para cada resistor do experimento. 9 É possível trabalhar equações do gerador ideal e/ou real para este laboratório? Explique detalhadamente. Refaça o desenho da figura (5) e insira amperímetro(s) e voltímetro(s) para todas as possíveis leituras. 11 Fazer todos os exercícios dos capítulos 1, e 7 do livro do Gussow, Milton Eletricidade básica. 1 Trace as curvas lineares (IV) para um resistor de 0Ω e um de 0,5Ω em um gráfico. 13 Trace as curvas lineares (IV) para um resistor de KΩ e um de 50kΩ em um gráfico. 1 Se um resistor dissipa 0J em 7 min, qual a potência dissipada?
15 A potência dissipada por um componente é 0 joules por segundos. Quanto tempo será necessário para que seja dissipados 0J? 1 (a) Quantos joules uma pequena lâmpada de W dissipa em h? b) Qual o valor da energia calculado no item a em quilowattshora? 17 Um resistor de Ω tem uma taxa de deslocamento de cargas de 300 Coulomb por minutos (C/min). Qual a potência dissipada pelo resistor? 1 A corrente através de um resistor de Ω é 7mA. Qual a potência dissipada pelo resistor? 19 Um resistor de ½ W tem uma resistência de 00Ω. Qual a maior intensidade de corrente que pode percorrer este resistor com segurança? 0 Um resistor de,kω no interior de um aparelho de som estéreo dissipa mw. Qual a tensa entre os terminais do resistor? 1 Uma bateria CC pode fornecer 5mA a 9V. Qual a potência gerada pela bateria? Uma televisão portátil em preto e branco drena 0,55A a 9V. a) Qual a Potência da televisão? b) Qual a resistência interna da televisão? c) Qual a quantidade de energia consumida durante horas de operação? 3 Um aparelho estéreo drena,a a uma tensão de V. A potência de áudio de saída é de 50W? Um resistor de Ω está ligado a uma bateria de 15V. a) Qual energia, em joules, ele dissipa em 1 min? b) Se o intervalo de tempo considerado for min, a energia dissipada aumentará? E a potência dissipada? 5 Um aparelho estéreo drena,a a uma tensão de V. A potência de áudio de saída é de 50W. a) Quanto de potência é perdida em forma de calor no interior do sistema? b) Qual a eficiência do sistema? 7