Conceitos Fu n d amen tai s d e Ci r cu i to s E l étr i co...

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Conceitos Fundamentais de Circuitos Elétricos

Associação de Resistências

Projeto FEUP 2016/2017 - MIEEC:

Manuel Firmino | Sara Ferreira J. N. Fidalgo | J. C. Alves

Equipa 1MIEEC09_1:

Supervisor: Hélder Leite Monitor: Pedro Guedes

Estudantes & Autores: Bruno Maurício up201604107@fe.up.pt Luís Rodrigues up201606818@fe.up.pt Filipe Rocha up201604150@fe.up.pt Rúben Lopes up201606821@fe.up.pt Gonçalo Ferreira up201604968@fe.up.pt

Resumo

Este relatório tem por objetivo a análise da tensão, corrente e resistência elétrica em lâmpadas dispostas em vários tipos de ligações bem como a relação entre estas grandezas.

Nesse sentido, foram realizadas várias experiências com uma breadboard , usando uma fonte de corrente contínua, um gerador de sinal sinusoidal, um multímetro para efetuar medições e várias lâmpadas. No final, conclui-se que, de facto, a Intensidade é máxima em paralelo, provando a lei de Ohm.

Palavras-Chave Circuitos elétricos (paralelo/série); Lei de Ohm; Tensão; Corrente ; Resistência.

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Agradecimentos

Em primeiro lugar gostaríamos de agradecer ao supervisor Hélder Leite e ao monitor Pedro Guedes pela assistência e acompanhamento prestado durante as aulas.

Como não poderíamos deixar de mencionar, estamos gratos também à FEUP pela disponibilização das instalações e equipamentos.

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Índice

Lista de figuras;

Lista de acrónimos;

1-Introdução;

2-Revisão teórica;

2.1-Conceitos base;

2.2-Lei de Ohm

3-Análise prática;

3.1 Trabalho experimental 1;

3.2 Trabalho experimental 2;

3.3 Trabalho experimental 3;

3.4 Trabalho experimental 4;

3.5 Trabalho experimental 5;

3.6 Trabalho experimental 6;

3.7 Trabalho experimental 7;

4. Conclusões

Referências bibliográficas.

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Lista de figuras Figura 1 Representação do circuito obtido na atividade 1

Figura 1.1 Resultados do trabalho experimental 1 Figura 2 Representação do circuito obtido na atividade 2

Figura 2.1 Resultados do trabalho experimental 2 Figura 3 Representação do circuito obtido na atividade 3

Figura 3.1 Resultados do trabalho experimental 3 Figura 4 Representação do circuito obtido na atividade 4

Figura 4.1 Resultados do trabalho experimental 4 Figura 5 Representação do circuito obtido na atividade 5

Figura 5.1 Resultados do trabalho experimental 5 Figura 6 Representação no osciloscópio com OFFSET = 0 Figura 7 Representação no osciloscópio com OFFSET = 2.8

Figura 7.1 Resultados do trabalho experimental 7 Figura 8 Representação do circuito obtido na atividade 7

Figura 8.1 Resultados do trabalho experimental 7

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Lista de acrónimos A - Ampere;

Cl - Cadência Luminosa;

f - Frequência;

Hz - Hertz;;

V - Volt;

Ω - Ohm

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1. Introdução

Esta atividade prático-laboratorial teve como principal objetivo a familiarização dos estudantes com os aparelhos de medida utilizados num laboratório de eletricidade (multímetro, gerador de sinais...) e também a aprendizagem de conceitos básicos (Lei de Ohm e Lei das associações de Resistências).

Desta forma, os alunos, no final da realização desta atividade, irão estar mais envolvidos e mais informados sobre alguns temas e conceitos que se irão revelar fundamentais ao longo do curso que estão frequentar.

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2. Revisão teórica

2.1. Conceitos base

A tensão elétrica é a quantidade de energia que se gera durante o movimento de uma carga elétrica. Pode ser medida em Volts (V).

A intensidade elétrica descreve a quantidade de eletrões que passa num ponto num determinado intervalo de tempo e pode ser medida em Amperes (A). Quando se aumenta a tensão elétrica, a intensidade também aumenta, explicando assim porque maiores tensões geram mais energia.

A resistência elétrica é a força resistente de um material à passagem de corrente e mede-se em Ohms (Ω). Como tal, diminui a intensidade elétrica.

2.2. Lei de Ohm

A lei de Ohm é a lei que descreve a relação acima estabelecida. Para um determinado circuito: / R I = U em que I é a intensidade da corrente que percorre o circuito em Amperes, U a diferença de potencial em volts (medida nos terminais) e R e resistềncia em Ohms.

Note-se que esta relação é válida em todo o circuito em circuitos óhmicos, nos quais a resistência é constante. Em circuitos não óhmicos a resistência dá-se pela mesma equação mas deve ser calculada em todos os pontos de interesse.

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3.Análise prática

3.1 Trabalho Experimental 1

(Figura 1) Representação do circuito obtido Procedimento:

- Ajustou-se o sinal da fonte para 5V; - Numa breadboard , montou-se um circuito elétrico com uma só lâmpada

ligada à fonte de tensão; - Ligou-se a fonte de tensão; - Utilizando um multímetro, mediu-se a diferença de potencial nos terminais da

lâmpada; - Através da aplicação Lux Meter mediu-se a luminosidade, colocando-se o

sensor de luminosidade do telemóvel a uma distância de 2,5 cm da lâmpada; - Desligou-se a fonte de tensão e, a fim de medir a resistência, desligou-se a

lâmpada do circuito.

Tensão (V) Resistência (Ω) Luminosidade (lúmen)

4.99 11.6 160

(Figura 1.1) Resultados do trabalho experimental 1.

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3.2 Trabalho Experimental 2

(Figura 2) Representação do circuito obtido Procedimento:

- Calibrou-se uma das fontes de tensão para 2V e outra para 3V; - Utilizando-se uma breadboard montou-se um circuito elétrico com uma

lâmpada ligada a duas baterias em série; - Ligaram-se as fontes de tensão; - Com um multímetro, mediu-se a tensão nos terminais da cada bateria e a da

série de baterias; - Utilizando a aplicação Lux Meter, mediu-se a luminosidade da lâmpada,

colocando o telemóvel a uma distância de 2,5cm da mesma; - Desligou-se a fonte de tensão.

Tensão (V) Luminosidade (lúmen)

5.05 (série) 2.07 (bateria 1) 3.04 (bateria 2)

160

(Figura 2.1) Resultados do trabalho experimental 2.

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3.3 Trabalho Experimental 3

(Figura 3) Representação do circuito obtido

Procedimento:

- Ajustou-se o sinal da fonte para 5V; - Numa breadboard montou-se um circuito elétrico com uma bateria e duas

lâmpadas em série; - Ligou-se a fonte de tensão; - Com um multímetro, mediu-se a tensão nos terminais de cada lâmpada e da

série de lâmpadas; - Utilizando-se a aplicação Lux Meter mediu-se a luminosidade de cada

lâmpada separadamente, colocando-se o sensor a 2,5cm destas; - Desligou-se a fonte de tensão; - Mediu-se a resistência de cada lâmpada e da série de lâmpadas.

Tensão (V) Resistência (Ω) Luminosidade (lúmen)

4.70 (série) 2.58 (lâmpada 1) 2.38 (lâmpada 2)

22.9 (série) 10.9 (lâmpada 1) 12.9 (lâmpada 2)

20 20

(Figura 3.1) Resultados do trabalho experimental 3

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3.4 Trabalho Experimental 4

(Figura 4) Representação do circuito obtido Procedimento:

- Ajustou-se o sinal da fonte para 5V; - Numa breadboard montou-se um circuito elétrico com uma bateria e três

lâmpadas em paralelo; - Ligou-se a fonte de tensão; - Com um multímetro mediu-se a tensão nos terminais do paralelo de

lâmpadas e ainda nos terminais da fonte; - Usando a aplicação Lux Meter mediu-se a luminosidade de cada lâmpada,

separadamente, colocando-se o sensor a 2,5cm; - Desligou-se a fonte de tensão; - Mediu-se a resistência de cada lâmpada individualmente e ainda a do

paralelo de lâmpadas.

Tensão (V) Resistência (Ω) Luminosidade (lúmen)

4.95 (fonte) 4.97(nos terminais)

10.0 (lâmpada 1) 10.5 (lâmpada 2) 12.9 (lâmpada 3)

3.8 (paralelo)

104 110 117

(Figura 4.1) Resultados do trabalho experimental 4

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3.5 Trabalho Experimental 5

(Figura 5) Representação do circuito obtido Procedimento:

- Ajustou-se o sinal da fonte para 5V; - Numa breadboard montou-se um circuito elétrico com uma bateria e três

lâmpadas, duas das quais em paralelo e a terceira em série; - Ligou-se a fonte de tensão; - Com um multímetro mediu-se tensão nos terminais do paralelo de duas

lâmpadas e nos terminais da lâmpada em série; - Utilizando a aplicação Lux Meter mediu-se a luminosidade de cada lâmpada

separadamente, colocando o sensor a 2,5cm; - Desligou-se a fonte de tensão; - Mediu-se a resistência de cada lâmpada individualmente e a da associação

de lâmpadas.

Tensão (V) Resistência (Ω) Luminosidade (lúmen)

0.97 (terminais paralelo) 3.96 (lâmpada 3)

11.7 (lâmpada 1) 11.4 (lâmpada 2) 11.6 (lâmpada 3) 22.8 (Associação)

10 10 10

(Figura 5.1) Resultados do trabalho experimental 5

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3.6 Trabalho Experimental 6

(Figura 6) Representação no osciloscópio

(Figura 7) Representação no osciloscópio

Frequência (Hz) VPP (V) Cadência Luminosa (durante 15’’)

1 5 30

(Figura 7.1) Resultados do trabalho experimental 6

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Como podemos verificar comparando o osciloscópio à luminosidade da lâmpada, esta só acende quando existe uma diferença de potencial nos terminais da lâmpada. Logo, quando a diferença de potencial é 0 V, a lâmpada desligar-se-á.

No entanto, na prática, ao se alterar o Offset no gerador de sinais sinusoidais para mais de metade da tensão que se está a aplicar, efetivamente removendo os zeros da função, podemos verificar que existe um intervalo no qual a lâmpada não emitirá nenhuma luz, em vez de só em 0. Este intervalo dependerá de fornecedor em fornecedor.

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3.7 Trabalho Experimental 7

(Figura 8) Representação do circuito obtido

Tensão (V) Resistência (Ω)

3.5 (série) 10.0 (lâmpada 1) 10.5 (lâmpada 2) 12.9 (lâmpada 3)

(Figura 8.1) Resultados do trabalho experimental 7

Comparando esta experiência com a nº 4 e nº5, podemos comprovar que, de facto,a utilização de elementos em paralelo reduz a resistência, a qual, como vemos na lei de Ohm demonstrada no exercício nº1, significa que será necessária uma menor tensão (V) para a mesma intensidade, ou para a mesma tensão, a intensidade será maior.

É de lembrar que a utilização em série tem outros benefícios não estudados neste relatório.

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3.8 Notas técnicas As medições de luminosidade foram sujeitas a várias variáveis e “interferências” tais como:

- Medição com um aparelho extremamente pouco preciso; - Existência de luz exterior e do próprio aparelho; - Medição a uma distância não constante (foram medidos 2,5 cm entre as lâmpadas

mas com muito baixa precisão; - Em circuitos com múltiplas lâmpadas houve dificuldade em fazer medições

individuais; - Algumas das medições são tão baixas (como em 3.5.) que se entende que tenham

origem puramente em fontes externas, já que são semelhantes a medições de controlo feitas antes das experiências e, portanto, não devem ser consideradas.

Conclui-se assim que há severas falhas na medição de luminosidade e que estas

devem então ser tidas apenas como pontos de referência para comparação e não como valores exatos.

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4. Conclusões

4.1 Trabalho Experimental 1- 5 e 7 - tipos de circuitos A análise do comportamento das lâmpadas, sobretudo quando se comparam os

circuitos obtidos nos trabalhos experimentais 4 e 7, leva à conclusão que circuitos em paralelo otimizam o uso de energia e são ideais para situações em que é necessária a distribuição por vários equipamentos, pois o funcionamento destes não é prejudicado por quebras de intensidade causadas pelo aumento acrescido de resistência. Também é de notar que o uso de múltiplas fontes de tensão em série é equivalente ao uso de uma só, tendo esta a tensão equivalente à da soma das tensões em série.

4.2 Trabalho Experimental 6 - análise de ondas A análise da onda em relação à intensidade da luminosidade da lâmpada leva-nos a

concluir que de facto, a diferença de potencial é o que causa a luminescência da lâmpada, sendo que uma maior diferença de potencial levará a uma maior intensidade e uma diferença nula à ausência de luminosidade.

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Referências bibliográficas Maciel, Noémia; E. Villate, Jaime; Azevedo, Carlos; Maciel Barbosa, F. “Eu e a Física 12” Infoescola. “Tensão Elétrica”. Acedido em 20 de Outubro de 2016 http://www.infoescola.com/fisica/tensao-eletrica/ Wikipedia. “Corrente alternada”. Acedido em 20 de Outubro de 2016 https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_alternada Wikipedia. “Resistência elétrica”. Acedido em 20 de Outubro de 2016 https://pt.wikipedia.org/wiki/Resist%C3%AAncia_el%C3%A9trica

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Apêndice Elementos relativos a representações de circuitos: Fonte Tensão DC -

Interruptor -

Lâmpada (Visual output) -

Voltímetro (Multímetro) -

Gerador de Sinal Sinusoidal -

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