Roteiro Experimental n 2 da disciplina de Materiais Elétricos vidade de Materiais Condutores COMPONENTES DA EQUIPE: NOTA: Data: / / 1. OBJETIVOS: Estimar a resistividade do material a partir das suas dimensões; Estimar a curva de variação da resistência R em função da temperatura T; Conhecer o coeficiente α do material; Comparar o comportamento da resistividade em função da temperatura com o modelo teórico previsto para o condutor. 2. COEFICIENTE DE TEMPERATURA A resistência elétrica, correlacionando correntes que circulam sob um potencial aplicado, serve indiretamente de medida da quantidade de energia absorvida por imperfeições cristalinas e outros fatores. Como a zero grau absoluto a estrutura é perfeitamente simétrica, sem que seus átomos vibrem, a resistência é teoricamente igual a zero e, praticamente, possuindo o menor valor que pode adquirir. Aumentando-se lentamente a temperatura, as partículas vibram interferindo nos movimentos dos elétrons. Uma tal influência causa perdas nos deslocamentos dos elétrons e, consequentemente, aquecimento do corpo condutor. Traçando-se a curva característica temperatura-resistência, indicada na Fig. 1, nota-se que ela não obedece em toda sua extensão a uma relação constante entre ordenadas e abscissas. De interesse prático é o setor reto da característica. Destaquemos, para melhor estudo, o trecho AB da curva, que é de maior importância prática. Esse trecho, apresentado na Fig.1 tem sua inclinação dada por: Designados os pontos limites por R1,R2,T1,T2, teremos: 1
Figura 1 Representação da variação da resistência R em função da temperatura T. A relação tgα/r é o chamado coeficiente de temperatura da resistência e indicado por αt1: Normalmente a temperatura inicial, que serve de referência, é tomada como T1=20ºC ou 25ºC. Figura 2 Variação R-T. 2
Devemos observar que o valor de αt1 depende da escolha inicial da temperatura de referência. Metais puros tem a estrutura cristalina perfeita, o que reduz a sua resistividade, pelos motivos já expostos. Um aumento da resistividade ocorre também quando se realiza a liga de dois metais. Assim, dois metais, de determinados valores próprios de resistividade, quando formam uma liga, apresentam geralmente uma resistividade maior que a dos seus componentes. Tal fato é devido às alterações na disposição cristalina do produto resultante, cuja irregularidade dificulta a passagem dos elétrons. 3. MATERIAL UTILIZADO Sensor de temperatura ; Forno com temperatura regulável; Multímetro; Fonte de alimentação regulável DC; Resistência de Nicromo. 4. EXPERIMENTO Este experimento possibilitará traçar a curva de variação da resistência em função da temperatura do Nicromo, e através dela avaliar algumas propriedades do material. Primeiramente, assumindo que a resistência de Nicromo já encontra-se posicionada dentro do forno, deve-se montar o seguinte arranjo: 3
Agora deve-se variar a tensão de controle do forno, de tal maneira que a temperatura comece a variar, e observando os valores de resistência indicados no multímetro preencher a tabela abaixo: Nicromo Temperatura [ºC] Resistência [Ω] 20 4,930 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 Assumindo então que a resistência à temperatura ambiente é 4,930Ω, e que o fio que constitui a resistência tem 0,82mm de diâmetro, e 1,860m de comprimento, calcule os valores de resistividades preenchendo a tabela a seguir: Nicromo Temperatura [ºC] vidade [Ω] 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 4
Com base na primeira tabela, esboce utilizando o software MATLAB um gráfico Temperatura versus Resistência, e faça o que é pedido logo a seguir: 1. Quais os limites inferior e superior da temperatura, aonde a resistência tem um aumento linear? Limite inferior: ºC Limite superior: ºC 2. A partir dos valores acima citados calcule o valor do coeficiente de temperatura da resistência αt1. Apresente os cálculos juntamente com o resultado. 3. Em posse de αt1, estime o valor de resistência da resistência à 55ºC, utilizando a última relação mostrada no ítem 2. O valor é coerente com os valores obtidos através do experimento? 4. Supondo um fio de cobre com o mesmo comprimento e diâmetro, e com R=0,0595Ω, estime a sua resistividade e compare com a resistividade do nicromo obtida à 20ºC. A partir daí, avalie as possíveis utilidades do fio de nicromo na eletrônica. 5