Atividade Prática sobre Potenciômetro e Características Tensão-Corrente

Atividade prática Um potenciômetro figura 31 é uma resistência variável com três terminais Entre os dois terminais nos extremos existe uma resistência fixa O terminal do meio está ligado a um contato móvel quando se roda a barra do potenciômetro a resistência entre o terminal do meio e um dos terminais nos extremos varia desde zero até o valor da resistência fixa Figura 31 Potenciômetro Com o ohmímetro confira o valor da resistência entre os dois extremos e entre o terminal central e um dos extremos enquanto roda a barra do potenciômetro Ligue uma pilha entre os dois extremos do potenciômetro obtémse assim um divisor de voltagem pois a diferença de potencial entre um dos extremos do potenciômetro e o terminal no meio varia entre zero e a voltagem máxima da pilha quando se faz rodar a barra Confira com o voltímetro a variação da diferença de potencial no divisor de voltagem entre 0 e um valor perto de 9 V Ligue uma resistência ao divisor de voltagem Variando a diferença de potencial no divisor entre 0 e o valor máximo encontre os valores da corrente na resistência para vários valores da diferença de potencial Faça um gráfico com a corrente no eixo dos x e a diferença de potencial no eixo dos y esse gráfico designase por característica tensãocorrente O declive da reta obtida deverá ser igual ao valor da resistência 31 Características tensãocorrente A potência elétrica que dissipa um elemento de um circuito por exemplo uma lâmpada é igual ao produto da diferença de potencial e a corrente no elemento P IΔV Duas lâmpadas diferentes podem ter diferentes valores da potência com o mesmo valor da voltagem Por exemplo existem lâmpadas pequenas de 12 V com potências de 1 W e de 2 W isso indica que para o mesmo valor da diferença de potencial a corrente na lâmpada de 2 W é o dobro do que a corrente na lâmpada de 1 W Cada elemento de circuito tem uma curva característica que mostra os valores resultantes da corrente I para diferentes valores da diferença de potencial ΔV A figura 32 mostra 32 Lei de Ohm algumas dessas curvas características para três elementos de circuito diferentes a b c Figura 32 Características tensãocorrente de três dispositivos diferentes 32 Lei de Ohm Em alguns condutores o caso a na figura 32 designados de ohmicos a curva característica é uma reta que passa pela origem Essa relação linear entre I e ΔV expressase matematicamente com a Lei de Ohm ΔV RI 31 Onde R é uma constante chamada resistência que corresponde ao declive da característica tensãocorrente Um condutor ohmico designase simplesmente de resistência A figura 33 mostra o diagrama usado para representar nos circuitos uma resistência Figura 33 Diagrama de circuito para uma resistência Nos materiais não ohmicos b e c na figura 32 o declive não é constante o que indica que a resistência é diferente para diferentes valores da diferença de potencial No sistema internacional de unidades a unidade usada para medir a resistência é o ohm designado pela letra grega maiúscula Ω Uma resistência de 1 ohm é uma resistência em que uma voltagem de 1 volt produz uma corrente de 1 ampere 1 Ω 1 VA 32 Usando a lei de Ohm a potência dissipada por efeito Joule numa resistência P IΔV pode ser escrita em função do valor da resistência P RI² ΔV²R 33 3 Resistência elétrica Falando de uma maneira geral os efeitos da corrente no corpo humano são os seguintes com menos do que 001 A sensação de formigueiro ou nada se sente 002 A sensação de dor e ficase agarrado 003 A perturbações respiratórias 007 A grandes dificuldades respiratórias 01 A morte devido a fibrilação mais do que 02 A não existe fibrilação mas verificamse queimaduras muito graves e cessa a respiração A gama intermediária que vai de 01 a 02 A é por estranho que pareça a que origina a maior parte das mortes nas situações comuns porque a este nível de intensidade iniciase a fibrilação do coração que consiste numa contração muscular espasmódica e incontrolada do coração A quebra da corrente sanguínea da resultante originam rapidamente a morte Acima de 02 A o coração simplesmente pára e as medidas normais de primeiros socorros podem restabelecer o seu funcionamento Mas o único processo para deter a fibrilação é um outro choque elétrico controlado Por isso correntes entre 01 e 02 A são mais mortais do que correntes mais intensas A intensidade que passa por uma vítima é geralmente determinada pela resistência da pele que vai de cerca de 1000 Ω para pele molhada até 500 000 Ω para peles secas A resistência interna é menor do que a de pele estando compreendida entre 100 e 500 Ω Para voltagens superiores a cerca de 240 V geralmente ativase a perfuração da pele pela corrente Jearl Walker O Grande Circo da Física Walker 1975 assim a especificação da potência de um dispositivo elétrico tem implícito um valor da diferença de potencial tensão que deverá ser usado para o seu correto funcionamento Quanto maior for essa potencia nominal menor será a resistência do dispositivo Uma pilha ou bateria fornece energia eletrostática devido às reações químicas entre os eletrodos e o eletrólito mas também dissipa alguma energia em calor devido à passagem de cargas pelos eletrodos e pelo eletrólito Assim a característica da bateria é a soma da função constante ΔV ε e mais a característica de uma resistência r figura 35 A resistência usada com frequência nos circuitos eletrônicos são pequenos cilindros de carbono com um isolamento cerâmico Tabela 31 Código de cores usado para as resistências Cor Algorismo Tolerância Preto 0 Castanho 1 1 Vermelho 2 2 Laranja 3 Amarelo 4 Verde 5 05 Azul 6 025 Roxo 7 01 Cinza 8 005 Branco 9 Dourado 5 Prateado 10 Nenhum 20 Figura 310 Dois cilindros metálicos ligados em série e em paralelo Assim a resistência de um condutor com comprimento L e área transversal A é R ρ L A onde a constante de proporcionalidade ρ é a resistividade do material que dependerá da temperatura e da natureza do material Tabela 32 Resistividade e coeficiente de temperatura de alguns metais Metal ρ20 nΩm Coeficiente de temperatura C1 Alumínio 28 00039 Cobre 17 00039 Chumbo 220 00043 Ferro 100 00050 Níquelcromo 1000 00004 Prata 16 00038 Tungstênio 55 00045 37 Associações de resistências 43 sistema é arrefecido até a temperatura ser menor que a temperatura crítica do supercondutor as correntes persistem e o disco elevase no ar devido à repulsão magnética efeito Meissner Essas experiências têm a dificuldade de não ser fácil atingir temperaturas tão baixas e mantêlas durante algum tempo Mas hoje em dia já foram descobertos materiais com temperaturas críticas muito mais elevadas embora ainda na ordem dos 150 C O princípio da levitação magnética já está a ser aplicado comercialmente nos comboios maglev em Xangai e Japão figura 314 O comboio possui barras supercondutoras em vez de rodas e os carris são substituídos por uma calha onde vários eletroímans produzem campos magnéticos no momento em que o comboio passa perto deles A levitação magnética reduz drasticamente o atrito entre o comboio e a calha sendo preciso uma força propulsora muito menor esse tipo de comboios podem alcançar velocidades superiores a 500 kmh A força propulsora é produzida alternando os campos magnéticos dos eletroímans na calha o qual produz para além da força vertical que contrariou o peso uma força que faz acelerar ou travar o comboio 37 Associações de resistências A característica tensãocorrente de um sistema de várias resistências tem sempre o mesmo aspeto que a característica de uma única resistência nomeadamente é uma reta que passa pela origem O declive dessa reta é a resistência equivalente Podemos usar algumas regras simples para calcular a resistência equivalente quando as resistências estiverem ligadas em série ou em paralelo Duas resistências estarão ligadas em série quando uma estiver a seguir a outra sem nenhum outro elemento de circuito no meio como se mostra na figura 315 36 Supercondutividade Em 1911 o físico holandês Heike Kamerlingh Onnes 18531926 descobriu que a resistividade de alguns condutores diminui drasticamente quando a temperatura se aproxima do zero absoluto 273C O gráfico da figura 312 mostra os valores medidos por Onnes para a resistividade do mercúrio perto dos 4 graus Kelvin 269C Figura 312 Resistividade do mercúrio a baixas temperaturas Por baixo da temperatura crítica 42 K no caso do mercúrio a resistividade nos supercondutores diminui num fator de aproximadamente 1012 tornandose praticamente nula Isso implica a possibilidade de manter uma corrente a circular no supercondutor durante alguns anos sem existirem fontes de força eletromotriz Nas experiências de levitação magnética colocase um ímã sobre um material supercondutor figura 313 O ímã induz no supercondutor correntes elétricas que produzem um campo magnético oposto ao campo do ímã em condições normais essas correntes desaparecem rapidamente devido a efeitos dissipativos no supercondutor No entanto se o Exemplo 32 Considere o circuito da figura e calcule a resistência equivalente entre os pontos A e B e a corrente que circula por cada uma das resistências quando a diferença de potencial VAB é igual a 12 V Se substituirmos sucessivamente as resistências ligadas em série e em paralelo o circuito entre A e B pode ser simplificado da seguinte forma a b c d Conhecida a resistência equivalente Req 5 Ω a corrente entre os pontos A e B pode ser facilmente calculada I 12 5 24 A No circuito da figura c a corrente de 24 A distribuirseá uniformemente pelas duas resistências de 10 Ω e a corrente em cada uma delas será 12 A No circuito da figura b a corrente em cada uma das 3 resistências será a mesma e igual a 12 A No circuito a esta corrente repartirseá pelas resistências em paralelo 10 Ω e 5 Ω como a diferença de potencial nessas duas resistências é 12 6 72 as correntes nessas duas resistências são I0 72 10 072 A I15 72 15 048 A Assim do ponto A saem duas correntes de 12 A das resistências de 4 Ω e 5 Ω Em B entram quatro correntes uma corrente de 072 A na resistência de 10 Ω na parte superior uma corrente de 048 A que percorre as resistências de 10 Ω e 5 Ω em série e duas correntes de 06 A que passam por cada uma das resistências de 10 Ω em paralelo A corrente total que entra por B e sai por A é 24 A Como a leitura do amperímetro é a mesma do que no caso anterior a corrente que passa pela resistência de 100 Ω é também I1 e portanto a diferença de potencial nas resistências de 100 Ω e R é ΔV1 100 I1 300 A diferença de potencial na resistência de 300 Ω é ΔV2 15 ΔV1 32 13 V e a corrente nessa resistência é I2 ΔV2 300 Assim a corrente que passa por R é I3 I2 I1 71800 1300 11800 A finalmente o valor de R é R ΔV1 I3 1800 3 600 Ω