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INSTRUMENTAÇÃO II - LISTA V - CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA
UAFM-CES-UFCG
Professor Rafael de Lima Rodrigues. PERÍODO 2023.1
CORRENTE E RESISTÊNCIA ELÉTRICA: VERIFICAÇÃO DA LEI DE OHM
Parte A vale 3 pontos.
Fazer um esquema da montagem do circuito, para verificarmos a lei de Ohm, utilizando um voltímetro acoplado em paralelo, para medir a ddp, em diferentes pontos, obtendo diferentes valores da tensão.
A corrente elétrica é o fluxo de partículas com cargas elétricas q atravessando uma seção reta de área A, em um certo intervalo de tempo Δt, ou seja,
I = q/Δt
é medida no SI, em ampère(A), ou seja, 1A = 1C/1s(coulomb/segundo), cujo sentido é aquele do movimento das partículas com cargas positivas.
Objetivo.
Verificar como a resistência de um condutor varia em função do seu comprimento e do seu diâmetro.
Materiais.
Veja um multímetro funcionando como voltímetro, para um circuito de corrente contínua (DCV). Nesteca, o aparelho é ligado em paralelo no circuito.
1 fonte de baixa tensão, 2 ou mais fios condutores homogêneos (de comprimentos e espessuras diferentes), 2 multímetros, 1 régua, cabos conectores. A diferença de potencial (ddp) nos extremos de um condutor fornece uma corrente elétrica que atravessa a área transversal A de um fio condutor de comprimento L, com uma resistência elétrica provocado pelos vários choques dos elétrons com os átomos da rede cristalina, cuja equação da resistência R torna-se:
A constante de resistividade ρ depende da temperatura e do material condutor. Esta equação da resistência é válida somente quando o campo elétrico for constante. Em alguns livros ela é denominada de segunda lei de Ohm.
Em geral, a relação entre tensão elétrica V=U, corrente elétrica, I e resitência elétrica R, é dada por:
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Montagem e procedimento
Conecte um multímetro (amperímetro) em série e o outro (voltímetro) em paralelo com o circuito. Estique bem o fio, dispondo-o sobre uma superfície isolante, e divida-o em intervalos de comprimentos iguais, fazendo, por exemplo, traços sobre a superfície isolante que o contém. Deixe o conector 1 fixado numa extremidade de um fio. Ligue o conector 2 nas posições A, B, C etc. de modo a variar o comprimento do fio. Para um determinado fio, registre os valores de tensão(ddp) (U) e intensidade de corrente (I) para cada ponto.
Parte B. Questões. Justifique as respostas.
Dizer o que significa a Lei de Ohm?
B.1- Considere um bloco retangular com dimensões 1,2x1,2x15cm. a) Qual a resistência elétrica do bloco entre dois extremos quadrados? a) Qual a resistência elétrica entre as faces retangulares opostas? A resistividade do Ferro, na temperatura ambiente, ρ(Fe) = 9,68x10-3Ω m.
B.2- A dissipação em calor de um resistor é de 30W(watts) e queda de potencial no mesmo é de 300V.(volts) Determine o valor da resistência e da intensidade da corrente (I) que o atravessa. Lembre-se que a potência elétrica, em termos da tensão elétrica, é dada por
P = τ(A→B)/ t = q/t V(AB) = IV(AB)
O trabalho para levar uma partícula com carga elétrica q de um ponto A ao ponto B sob uma ddp V(AB) é dado por
τ(A→B) = qV(AB).
Portanto, P = IV(AB), isto é, a potência elétrica em um circuito elétrico é o produto da corrente I vezes a tensão nos terminais A e B: V(AB). A unidade de potência no SI é W(watts).
.
B.3- Uma fonte de força eletromotriz de 16V e resistência elétrica de 2,0Ω forma um circuito elétrico simples com um resistor de resistência 30Ω. Neste caso, a potência elétrica dissipada internamente na fonte é, em watts de
a) 0,25, b) 0,50, c) 1,0, d) 2,0.
B.4- (ENEM 2002) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes: substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas. ” Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição ”inverno” ou ”quente”. ” Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez. ” Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente ”Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados `as suas finalidades. A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia a dia, reduzir
a) A potência dos aparelhos e dispositivos elétricos, b) O tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos, c) O consumo de energia elétrica convertida em energia térmica, d) O consumo de energia térmica convertida em energia elétrica, e) O consumo de energia elétrica através de corrente de fuga. Justifique sua resposta.
B.5-Considere um circuito com 5 resistores de resistências elétricas todas iguais R(i), (i = 1, 2, 3, 4, 5) ligados em paralelos, sendo o primeiro resistor ligado a uma bateria com uma fonte de força eletromotriz ε, passando uma corrente I, na primeira malha. A quantidade calor desprendida nos resistores 4 e 5 é m vezes a quantidade desprendida no resistor 1, no mesmo intervalo de tempo. Determine o valor de m. Quando a corrente I chega no primeiro nó ela se divide em quatro, ou seja, I = I(2) + I(3) + I(4) + I(5).
Sugestões: como os resistores em paralelos possuem a mesma ddp e como foi dado que as resistências são também as mesmas, então as potências dissipadas no resistor 1(com corrente I) são dadas por:
P(1) = RI^2
e nos resistores 4 e 5(com correntes iguais i) é
P(4,5) = P(4) + P(5) = Ri^2 + Ri^2 = 2Ri^2.
B.6- Um gerador tem força eletromotriz (fem) ε = 1, 5V e resistência interna, r = 0, 10Ω. Ligam-se seus terminais por meio de uma resistência R = 0, 65Ω. Quanto vale a ddp-V(AB) entre os terminais? Lembre-se que:
ε = (r + R)I, V(AB) = ε − rI
B.7- Considere um circuito, composto por 12 fios ligados em paralelo, cada um com diâmetro d e comprimento L. Calcule a resistência equivalente dos 12 fios. Substituindo o circuito por um fio cilíndrico de mesmo comprimento L e resistência equivalente ao sistema composto, determine o diâmetro D deste novo fio.
Lembre-se que a resistência de cada fio é dada por R = ρ L /A, neste caso, sendo a área A=𝞹d^2/4.
Versão Latex da Lista V
\documentclass[preprint,aps]{revtex4}
%\usepackage{epsfig}
\begin{document}
\noindent{\bf INSTRUMENTA\c{C}\~AO II - LISTA V}
\noindent{CURSO DE LICENCIATURA EM F\'ISICA-UAE-CES-UFCG}
\noindent{Prof. Rafael de Lima Rodrigues. PER\'IODO 2020.2.}
\noindent{\bf Aluno(a):\hrulefill Data: 01-09-2023.}
\vspace{0.5cm}
\centerline{CORRENTE E RESIST\^ENCIA EL\'ETRICA}
\vspace{0.5cm}
{\bf Parte A vale 3 pontos}. Fazer um esquema da montagem do circuito, para verificarmos
a lei de Ohm, utilizando um volt\'\i metro
acoplado em paralelo, para medir a ddp, em diferentes pontos, obtendo
diferentes valores da tens\~ao. A corrente el\'trica \'e o fluxo de part\'\i
culas com cargas el\'etricas $q$ atravessando uma se\c{c}\~ao reta de \'area $A$, em um certo intervalo de tempo $\Delta t$, ou seja, $I=\frac{ q}{\Delta
t}$ \'e medida no SI, em amp\`ere($A)$, ou seja, $1A=\frac{1C}{1s}$(coulomb/segundo), cujo
sentido \'e o do movimento das part\'\i culas com cargas positivas.
{\bf Objetivo.}
Verificar como a resist\^encia de um condutor varia em fun\c{c}\~ao do seu comprimento e do seu di\^ametro.
{\bf Materiais}. 1 fonte de baixa tens\~ao, 2 ou mais fios condutores homog\^eneos (de comprimentos e espessuras diferentes), 2 mult\'\i metros, 1 r\'egua, cabos conectores.
A diferen\c{c}a de potencial (ddp) nos extremos de um condutor fornece uma corrente el\'etrica que atravessa
a \'area transversal $A$ de um fio condutor de comprimento $L$, com uma resist\^encia
el\'etrica provocado pelos v\'arios choques dos el\'etrons com os \'atomos
da rede cristalina, cuja equa\c{c}\~ao da resist\^encia $R$ torna-se:
$$
R=\rho\frac{L}{A}.
$$
A constante de resistividade $\rho$ depende da temperatura e do material condutor. Esta equa\c{c}\~ao da resist\^encia \'e v\'alida somente quando o campo
el\'etrico for constante. Em alguns livros ela \'e denominada de segunda lei
de Ohm. Dizer o que significa a Lei de Ohm.
\vspace{0.5cm}
{\bf Montagem e procedimento}
Conecte um mult\'\i metro (amper\'\i metro) em s\'erie e o outro (volt\'\i metro) em paralelo com o circuito. Estique bem o fio, dispondo-o sobre uma superf\'\i cie isolante, e divida-o em intervalos de comprimentos iguais, fazendo, por exemplo, tra\c{c}os sobre a superf\'\i cie isolante que o cont\'em.
\noindent Deixe o conector 1 fixado numa extremidade de um fio. Ligue o conector 2 nas posi\c{c}\~oes A, B, C etc. de modo a variar o comprimento do fio. Para um determinado fio, registre os valores de tens\~ao(ddp) $(U)$ e intensidade de corrente (I) para cada ponto.
%\newpage
{\bf Parte B. Quest\~oes. Justifique as respostas.}
\vspace{0.5cm}
\noindent B.1- Considere um bloco retangular com dimens\~oes $1,2\hbox{x}1,2\hbox{x}15
cm$. a) Qual a resist\^encia el\'etrica do bloco entre dois extremos quadrados?
a) Qual a resist\^encia el\'etrica entre as faces retangulares opostas?
A resistividade do Ferro, na temperatura ambiente, $\rho_{Fe}=9,68\hbox{x}10^{-3}\Omega\times
m.$
\vspace{0.5cm}
\noindent B.2- A dissipa\c{c}\~ao em calor
de um resistor \'e de $30W$(watts) e queda de potencial no mesmo \'e de 300$V.$(volts) Determinie o valor da resist\^encia e da intensidade da corrente (I) que o atravessa.
O trabalho para levar uma part\'\i cula com carga el\'etrica $q$ de um ponto A ao ponto B, sob uma ddp $V_{AB}$ \'e dado por
$$
\tau_{A\rightarrow B} = qV_{AB}.
$$
Lembre-se que a pot\^encia el\'etrica, em termos da tens\~ao el\'etrica, em termos do tempo t \'e dada por
$$
P=\frac{\tau_{A\rightarrow B}}{t}= \frac{q}{t}V_{AB}=IV_{AB}.
$$
Portanto, a potência el\'etrica em um circuito el\'etrico \'e o produto da corrente $I$ vezes a tens\~ao nos terminais A e B: $V_{AB}$. A unidade de pot\^encia no SI \'e W(watts).
\vspace{0.5cm}
\noindent B.3- Uma fonte de for\c{c}a eletromotriz de $16V$ e resist\^encia el\'etrica de $2,0\Omega$ forma um circuito el\'etrico simples com um resistor de resist\^encia 30 $\Omega.$ Neste caso, a pot\^encia el\'etrica dissipada internamente na fonte \'e, em watts de
\noindent a) 0,25,
\noindent b) 0,50,
\noindent c) 1,0,
\noindent d) 2,0.
\vspace{0.5cm}
\noindent B.4- (ENEM 2002) Entre as in\'umeras recomenda\c{c}\~ao es dadas para a economia de energia el\'etricas em uma resid\^encia, destacamos as seguintes:
" Substitua l\^ampadas incandescentes por fluorescentes compactas.
" Evite usar o chuveiro el\'etrico com a chave na posi\c{c}\~ao "inverno" ou "quente".
" Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro el\'etrico de uma s\'o vez.
" Evite o uso de tomadas m\'ultiplas para ligar v\'arios aparelhos simultaneamente
"Utilize, na instala\c{c}\~ao el\'etrica, fios de di\^ametros recomendados \`as suas finalidades.
A caracter\'\i stica comum a todas essas recomenda\c{c}\~oes \'e a proposta de economizar energia atr\'aves da tentativa de, no dia a dia, reduzir
a) A pot\^encia dos aparelhos e dispositivos el\'etricos,
b) O tempo de utiliza\c{c}\~ao dos aparelhos e dispositivos,
c) O consumo de energia el\'etrica convertida em energia t\'ermica,
d) O consumo de energia t\'ermica convertida em energia el\'etrica,
e) O consumo de energia el\'etrica atrav\'es de corrente de fuga.
Justifique sua resposta.
\vspace{0.5cm}
\noindent B.5-Considere um circuito com 5 resistores de resit\^encias el\'etricas
todas iguais
$R_i, \quad (i=1,2,3,4,5)$ ligados em paralelos, sendo o primeiro resistor
ligado a uma bateria com uma fonte de for\c{c}a eletromotriz $\varepsilon$,
passando uma corrente $I$, na primeira malha. A quandtida de calor desprendida nos resistores
4 e 5 \'e $m$ vezes a quantidade desprendida no resitor 1, no mesmo intervalo
de tempo. Determine o valor de $m$. Quando a corrente $I$ chega no primeiro
n\'o ela se divide em quatro, ou seja, $I=I_2+I_3+I_4+I_5$.
Sugest\~oes: como os resistores em paralelos
possuem a mesma ddp e como foi dado de que as resist\~encias s\~ao tamb\'em as mesmas as pot\^encias dissipadas
no resitor 1(com corrente $I$) \'e $P_1=RI^2$ e nos resitores 4 e 5(com correntes
iguais $I^\prime$) \'e $P_{4,5}=P_4+P_5=R(I^\prime)^2+R(I^\prime)^2=2R(I^\prime)^2.$
\vspace{0.5cm}
\noindent B.6- Um gerador tem for\c{c}a eletromotriz (fem) $\varepsilon= 1,5V$ e
resit\^encia interna, $ r=0,10 \Omega.$ Ligam-se seus terminais por meio
de uma resit\^encia $R=0,65\Omega.$ Quanto vale a ddp$(V_{AB})$ entre os terminais?
Lembre-se que: $\varepsilon= (r+R)I, \quad V_{AB}=\varepsilon-rI$.
\noindent B.7- Considere um circuito, composto por 12 fios ligados em
paralelo, cada um com di\^ametro $d.$ e comprimento $L$. Calcule a resist\^encia
equivalente dos 12 fios. Substituindo o circuito por um fio fio cil\'\i
ndrico reto de mesmo comprimento $L$ e resist\^encia equivalente ao
sistema composto, determine o di\^ametro $D$ deste novo fio.
Lembre-se que a resistência de cada fio é dada por $R = \rho i\frac L A$, neste caso, sendo a área $A=\pi \frac{d^2}{4}$.
\end{document}
Blog rafaelrag
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ResponderExcluirAlana. Ok
ResponderExcluirOk, Arthur Arruda de Figueirôa
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