Eletricidade Básica Laboratório

ELETRICIDADE BÁSICA LABORATÓRIO\n\nU_BA = V_B - V_A\n\nArduino Francesco Lauricella\nBrasílio Camargo de Brito Filho\nFrancisco Xavier Sevegnani\nPedro Américo Frugoli\nRoberto Gomes Pereira Filho ELETRICIDADE BÁSICA (LABORATÓRIO)\n\n1ª EDIÇÃO\n\nARDUINO FRANCESCO LAURICELLA\nBRASÍLIO CAMARGO DE BRITO FILHO\nFRANCISCO XAVIER SEVEGNANI\nPEDRO AMÉRICO FRUGOLI\nROBERTO GOMES PEREIRA FILHO\n\nTEORIA\nEXERCÍCIOS RESOLVIDOS\nEXERCÍCIOS PROPOSTOS COM RESPOSTAS\nEXERCÍCIOS PARA ENTREGAR COM RESPOSTAS\n\nObra protegida por Direitos Autorais, todos os direitos reservados. Proibida a reprodução total ou parcial para qualquer finalidade, sem prévia e expressa autorização dos autores, por meio eletrônico ou mecânico, incluindo cópia impressa ou digital e gravação, ou por qualquer outro sistema de armazenamento e transmissão de informação existente ou que possa existir no futuro, sujeito às penas da lei de Direitos autorais nº 9.610/98. AUTORES\n\nProf. Arduino Francesco Lauricella\nPossui Bacharelado em Física pela Universidade de São Paulo - USP (1974) e Mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade de São Paulo - USP (2004). Atualmente, é professor adjunto na Universidade Paulista - UNIP.\n\nProf. Brasílio Camargo de Brito Filho\nPossui graduação em Física pela Universidade de São Paulo (1973) e mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (1981). Professor do terceiro grau desde 1974, em especial nos Cursos Básicos de Engenharia. Coordenador de Cursos Básicos de Engenharia. Autor de projetos e equipamentos experimentais em seus laboratórios didáticos de Cursos de Engenharia. Atualmente é professor titular da Universidade Paulista e Diretor Regional da UNIP - Universidade Paulista em Campinas.\n\nProf. Francisco Xavier Sevegnani\nFrancisco Xavier Sevegnani é Físico e concluiu sua graduação em Física (Bacharelado e Licenciatura) pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo-PUCSP (1971), Mestrado em Física pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo-PUCSP (1980) e Doutorado em Física pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo PUCSP (1988). Concluiu o Mestrado em Engenharia de Produção pela Universidade Paulista- UNIP (2003) e Doutorado em Engenharia de Energia e Automação Elétricas pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo- PEA/EPUSP (2009). Atualmente é Professor Titular da Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, Professor Adjunto I do Centro Universitário de Educação Inaciana, Professor Titular da Universidade Paulista, Coordenador do Curso de Engenharia de Produção-PUCSP.\n\nProf. Pedro Américo Frugoli\nPossui doutorado em Engenharia de Produção (Ecologia Industrial e Produção Mais Limpa) pela Universidade Paulista - UNIP (2012) e mestrado em Física pelo Instituto de Física - USP (1981). Atualmente é professor Titular dos cursos de Engenharia da Universidade Paulista-UNIP, e Diretor Assistente do Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia - ICET da UNIP e Coordenador Geral do Ciclo Básico dos cursos de Engenharia da UNIP.\n\nProf. Roberto Gomes Pereira Filho\nPossui Bacharelado em Física pela Universidade de São Paulo - USP (1968) e pós graduação \"Latu sensu\" em Engenharia dos Materiais (1997) pela Universidade Paulista - UNIP. Atualmente é professor adjunto na Universidade Paulista. ÍNDICE\n\nI CORRENTE ELÉTRICA CONTÍNUA\n1) Isolantes ou dielétricos 1\n2) Condutores 1\n3) Semi-condutores 1\n4) Carga elétrica 2\n5) Intensidade média de corrente elétrica 3\n6) Intensidade instantânea de corrente elétrica 4\n7) Corrente contínua 5\n8) Corrente alternada 5\n9) Leis de ohm 6\n10) Associação de resistências 8\n11) Potência elétrica 10\n12) Variação da resistividade e da resistência com a temperatura 11\n13) Exercícios resolvidos 13\n14) Exercícios propostos 17\n15) Exercícios para entregar 21\n16) Respostas dos exercícios propostos 25\n17) Respostas dos exercícios para entregar 25\n\nII GERADORES E RECEPTORES\n1) Definição de gerador 27\n2) Equação do gerador 27\n3) Curva característica do gerador 30\n4) Potência útil lançada no circuito por um gerador 31\n5) Rendimento do gerador 33\n6) Definição de receptor 33\n7) Equação do receptor 34\n8) Curva característica do receptor 35 9) Rendimento do receptor 36\n10) Gerador reversível 36\n11) Exercícios resolvidos 37\n12) Exercícios propostos 43\n13) Exercícios para entregar 47\n14) Respostas dos exercícios propostos 51\n15) Respostas dos exercícios para entregar 51\n\nIII LEIS DE KIRCHHOFF\n1) Ramo de um circuito 53\n2) Nó 53\n3) Malha 54\n4) Primeira lei de kirchhoff ou lei dos nós 54\n5) Segunda lei de kirchhoff ou lei das malhas 55\n6) Exercícios resolvidos 55\n7) Exercícios propostos 64\n8) Exercícios para entregar 69\n9) Respostas dos exercícios propostos 73\n10) Respostas dos exercícios para entregar 74\n\nIV BIPOLO GERADOR\n1) Introdução 75\n2) Comentários sobre Bipolos 75\n3) Comportamento de Bipolo Gerador 77\n4) Parte Experimental 79\n5) Análise de Dados 81\n6) Estudo Dirigido 81\n7) Testes 87\n8) Exercícios Propostos 90 V AMPERÍMETRO\n1) Introdução 95\n2) Medição de Corrente 95\n3) Concepção do Amperímetro 97\n4) Parte Experimental 102\n5) Análise de dados 102\n6) Material Utilizado 102\n7) Estudo Dirigido 103\n8) Exercícios Propostos 105\n9) Testes 107\n\nVI VOLTÍMETRO\n1) Introdução 109\n2) Medição de Tensão 109\n3) Concepção do Voltímetro 111\n4) Parte Experimental 112\n5) Análise de Dados 113\n6) Estudo Dirigido 115\n7) Exercícios Propostos 117\n\nVII LEIS DE KIRCHHOFF E ANÁLISE DE MALHAS\n1) Objetivos 119\n2) Introdução teórica 119\n3) Estudo dirigido 123\n\nVIII OSCILOSCÓPIO\n1) Introdução 127\n2) Princípio de funcionamento 127\n3) Aplicações Específicas 129\n4) Trabalho Experimental 137 IX\nDILATAÇÃO TÉRMICA DE SÓLIDOS\n1) Objetivo\n151\n2) Introdução\n151\n3) Material Utilizado\n152\n4) Procedimento Experimental\n152\n5) Análise de Dados e Conclusões\n152\n6) Estudo Dirigido\n153\n7) Testes Propostos\n155\n8) Respostas dos Testes\n156\n\nX\nCALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS\n1) Objetivo\n157\n2) Introdução\n157\n3) Material Utilizado\n158\n4) Procedimento Experimental\n158\n5) Análise de Dados e Conclusões\n158\n6) Estudo Dirigido\n159\n7) Exercícios Propostos\n161\n8) Calor Específico - Testes\n162\n9) Respostas dos Exercícios\n167 I - CORRENTE ELÉTRICA CONTÍNUA\n1. ISOLANTES OU DIELÉTRICOS\nOs isolantes são materiais que não possuem elétrons livres. Os elétrons estão fortemente presos aos átomos. O isolante ideal é o vácuo, pois ele não oferece cargas livres para o transporte de eletricidade. São isolantes, também, o ar e outros gases (quando não ionizados), o vidro, a mica, fitas isolantes, resinas sintéticas, a ebonite, a água destilada e óleos minerais.\n\n2. CONDUTORES\nChama-se condutor elétrico todo corpo que possui partículas eletrizadas livres em abundância. Um corpo material pode conter partículas eletrizadas facilmente movidas de uma região do corpo para outras; elas são chamadas partículas livres.\n\nNos metais as partículas livres são os elétrons. Nas soluções eletrolíticas e nos gases ionizados, as partículas livres são chamadas de íons.\n\nNos plasmas, as partículas livres são elétrons, prótons, pósitrones e fragmentos de átomos.\n\nPartículas eletrizadas livres são postas em movimento por qualquer campo elétrico. Um condutor, eletrizado ou não, encontra-se em equilíbrio eletrostático, quando nele não ocorre movimento ordenado de cargas elétricas.\n\nOs metais e a grafite são ótimos condutores eletrônicos. Ácidos, bases e sais em estado de fusão ou em solução aquosa, são bons condutores iônicos (eletrolise).\n\nEm certas condições, também os gases são bons condutores iônicos. Nos gases, os íons surgem em virtude de agentes ionizantes tais como: materiais radioativos (partículas α, β, γ) aquecimento intenso, raios γ, raios uxtra violetas, raios cósmicos e outras radiações corpusculares.\n\n3. SEMI-CONDUCTORES\nOs materiais semi-condutores são utilizados em eletrônica há muito tempo; assim, o cristal de Galena, empregado como detector nos radioreceptores primitivos, é um material semi-condutor. Atualmente a grande maioria dos dispositivos a semi-condutores (circuitos integrados, microprocessadores, etc.) é feita com mono cristais de Germânio e Silício. Estes elementos pertencem ao 4º grupo da classificação periódica de Mendeliev e têm, portanto, quatro elétrons de valência.\n\nCada átomo do cristal possui 4 átomos vizinhos, os quais lhe permutam 4 elétrons de valência; com os seus 4 elétrons de valência completa-se assim uma coroa estável de oito elétrons em torno de cada átomo.\n\nSilício\n14\n32\nGe\n32\n72\n28\n4\n\nDesta partilha de elétrons resultam forças de ligação covalente, que determinam a estrutura cristalina.\n\nAumentando-se a temperatura de mono cristal, alguns elétrons que participam da ligação covalente poderão romper sua ligação com os átomos, ficando livres no interior do mono cristal e movendo-se erraticamente por efeito da energia térmica.\n\nObtém-se, também, elétrons livres pela aplicação de campos convenientes.\n\nAssim, quando um elétron livre abre-se uma vaga nas ligações covalentes, chamada lacuna; outros elétrons ligados podem vir a ocupar esta lacuna, que se transfere para outros átomos da rede cristalina.\n\n4. CARGA ELÉTRICA\nA matéria é composta de átomos. Os átomos são constituídos por um núcleo denso, positivamente carregado, envolvido por uma nuvem de elétrons (eletrosfera)\n\nNúcleo\nPrótons\nNêutrons\n\nEletrosfera - elétrons\n\nFigura 1 - Modelo atômico Carga do elétron → e = -1,6002 x 10^{-19}C\nCarga do próton → e = +1,6002 x 10^{-19}C\n\nSe atirarmos corpos percebemos a presença das cargas elétricas.\n\nA carga elétrica é quantizada. Qualquer quantidade de carga Δq, existente na natureza, não importando qual possa ser sua origem, pode ser escrita como:\n\nΔq = N . |el|\n(1)\n\nSendo N um número inteiro, positivo ou negativo.\n\nCorpo material macroscópico contém partículas em número elevado.\n\nA carga elétrica de um corpo é a soma algébrica das cargas elementares positivas em número N₊ e das negativas em número N₋ que ele contém.\n\nΔq = (N₊ - N₋) . |el|\n(2)\n\nCorpo neutro → Δq = 0\nCorpo eletrizado → Δq ≠ 0\n\nUm sistema é eletricamente isolado quando não recebe cargas do ambiente, nem cede cargas ao ambiente.\n\nLei de conservação: \"Em sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas positivas e negativas é constante\".\n\n5. INTENSIDADE MÉDIA DE CORRENTE ELÉTRICA\n\nConsideremos um condutor metálico, submetido a uma tensão elétrica E.