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Resistências dependentes da luz e da temperatura – Equipa 3, Turma 2 1/14
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Resistências dependentes da luz e da temperatura
Projeto FEUP 1º ano -- MIEEC :
Manuel Firmino da Silva Torres Paulo Portugal
Equipa 3 da Turma 2:
Supervisor: Nuno Almeida Monitor: Joana Fonseca
Estudantes & Autores:
André M. Leão [email protected]
José Mendes [email protected]
Pedro Leocádio [email protected]
Pedro Silva [email protected]
Roberto Lopes [email protected]
Tiago Guedes [email protected]
Resistências dependentes da luz e da temperatura – Equipa 3, Turma 2 2/14
Resumo
No âmbito da cadeira Projeto FEUP foi-nos proposto um trabalho laboratorial relacionado com resistências elétricas. O trabalho teve como objetivo relacionar as resistências com as mudanças de luz e temperatura.
Na atividade que consistiu em relacionar a resistência com a temperatura foram utilizados: um recipiente com água quente, um termómetro e um multímetro na função ohmímetro para medir a resistência. A experiência foi realizada colocando parte da resistência submersa em água e medindo o valor da mesma enquanto a temperatura da água diminuia. Uma vez que o valor da resistência aumentava à medida que a temperatura diminuia concluiu-se que esta era uma resistência NTC (Negative Temperature Coeficient).
A segunda atividade consistiu em relacionar a intensidade da luz com a resistência. Foram utilizados: o ohmímetro novamente, um luxímetro, um LDR (Light Dependent Resistor) e uma breadboard, um candeeiro com regulador de luz e isolantes de luz. Realizou-se a experiência começando por isolar a resistência e o luxímetro, expondo-o só à luz proveniente do candeeiro. Mediu-se os valores da resistência e do luxímetro à medida que se fazia variar a luz com o regulador. Chegamos a conclusão que a resistência do LDR diminuia quando estava exposta a mais luz.
Palavras-Chave
LDR; NTC; PTC
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Agradecimentos
Com o projeto FEUP, tivemos uma melhor integração na FEUP e foi-nos proporcionado
um aprofundamento significativo a nível social e a nível mental. Deste modo, gostaríamos
de agradecer ao professor Nuno Almeida e à nosso monitora Joana Fonseca por todo o
apoio e disponibilidade dispensados na realização deste nosso trabalho, desde laboratorial
até na própria realização do relatório.
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Índice
Lista de figuras
1. Introdução
2. LDR e NTC
2.1 Funcionamento do LDR e NTC
2.1.1 Preparação e Ensaios
2.1.2 Dados
3. Aplicações
3.1 Aplicações LDR
3.1.1 Iluminação Pública
3.1.2 Fotografia
3.1.3 Painéis Solares
3.2 Aplicações NTC
3.2.1 Aquecedores automáticos
4. Conclusões
Referências bibliográficas
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Lista de figuras
Figura 1 - Montagem do LDR aberta.
Figura 2 – Montagem NTC.
Figura 3 – Multímetro e o ecrã do luxímetro/Aquisição de dados.
Figura 4 – Tabela valores de intensidade de luz incidente (Lux) e a resistência (kΩ)
resultante desse valor do LDR.
Figura 5 – Gráfico obtido dos valores da Figura 4.
Figura 6 – Tabela valores de temperatura (ºC) e a resistência (kΩ) resultante desse
valor do NTC.
Figura 7 - Gráfico obtidos dos valores da Figura 6.
Figura 8 - Exemplo de uso de LDR em iluminação pública.
Figura 9 - Exemplo de uso de LDR na fotografia.
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1. Introdução
No âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, como parte do grupo 3 da turma 2 do curso Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, realizamos um trabalho cujo tema foi ‟Resistências dependentes da luz e da temperatura”. O objetivo deste projeto foi introduzir-nos à realização de um relatório técnico e científico, assim como ao uso de equipamento laboratorial por exemplo: o voltímetro ou o luxímetro e a escrita/interpretação de gráficos. Nesta atividade explorámos as variações dos valores das resistências PTC, e LDR (Light Dependent Resistor). Com a criação da resistência PTC passou a ser possível construir não só aquecedores autorreguláveis, mas também outros como os sensores de corrente excessiva que aumentam a sua resistência ao aquecer. Os LDRs têm vários usos desde a regulação da luminosidade do ecrã de um telemóvel até à ativação de luzes domésticas dependentes da luminosidade externa à casa.
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2. LDR e NTC
O LDR (Light Dependent Resistor) é um tipo de resistência que varia o seu valor consoante a variação da intensidade da luz. A sua caraterística é apresentar um valor de resistência mais baixo quando exposta a maior luminosidade.
O NTC (Negative Temperature Coeficient) é uma resistência que estabelece uma
relação entre o seu valor e a temperatura a que está sujeita. Neste tipo de resistências a resistência elétrica diminui à medida que a temperatura aumenta.
2.1 Funcionamento do LDR e NTC
Os LDRs são produzidos com materiais carateristicos por possuírem poucos eletrões
livres quando se encontram em ambiente com pouca luz, tais como o Sulfeto de Cádmio (CdS) e o Sulfeto de Chumbo (PbS). Quando expostos à luminosidade há libertação de eletrões, o que possibilita uma maior condutividade elétrica. A isto se chama de efeito de fotocondutividade. Quando um LDR deixa de estar exposto à luz os eletrões voltam à camada inicial. Normalmente os LDRs variam entre 1 MΩ e 10 MΩ quando inseridos em ambientes escuros e podem chegar a atingir menos de 100 Ω quando presentes à luz. Algumas destas resistências podem responder a diferentes ondas eletromagnéticas, nomeadamente UV e IV.
Os NTCs são fabricados com materiais semicondutores simples, como por exemplo:
Óxidos de Ferro (Fe2O3), Magnésio (MgO) e Crómio (Cr2O3). O tempo de resposta destas resistências variam desde frações de segundos até minutos. Isto depende da dimensão da massa detetora do NTC e da sua capacidade térmica. Nas resistências do tipo NTC o aumento da temperatura provoca o aumento o número de eletrões livres, resultando na diminuição da resistência elétrica Estes tipos de resistências atuam entre -200°C e 1000°C de temperatura. Para além dos NTCs, existem também resistências que operam de maneira contrária, ou seja, aumentando o valor da resistência com a subida da temperatura. Estas resistências denominam-se por PTCs (PositiveTemperature Coeficient).
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2.1.1 Preparação e Ensaios
Na atividade do LDR foi fornecida uma resistência e conectou-se numa breadboard. Através de crocodilos, ligou-se o LDR ao multímetro em função de ohmímetro.
Previamente calibramos uma aplicação de telemóvel "Luxmeter" com um luxímetro. Envolvemos a breadboard e o telemóvel com materiais isoladores (caixas e casaco), expondo-os apenas à luz provinda de um candeeiro. Com a resistência ligada a um multímetro em função de ohmímetro registou-se valores de resistência para diferentes intensidades de luz, alterando-as com o regulador conectado ao candeeiro. Num segundo momento, utilizou-se um luxímetro em vez da aplicação de telemóvel.
Na atividade do NTC utilizamos um recipiente com água quente como forma de fazer
variar a temperatura. Fixamos a resistência e um termómetro ao recipiente de forma a ficarem mergulhados os sensores de ambos. O NTC foi ligado ao multímetro em função de ohmímetro e à medida que a temperatura da água diminuía iam-se registando valores de resistência e de temperatura.
Figura 1: Montagem aberta LDR
Figura 2: Montagem NTC
Figura 3: Aquisição de dados
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2.1.2 Dados
LDR
NTC
Lux R (kΩ)
0 7240
34 6220
59 3450
107 1990
164 1300
239 900
245 750
338 680
441 600
540 540
674 440
800 392
902 367
T(ºC) R (kΩ)
36.1 15.06
35.9 15.15
35.6 15.34
35.3 15.48
35.1 15.53
34.8 15.86
34.5 15.96
34.3 16.14
34.1 16.30
33.9 16.36
33.7 16.68
Figura 4: Tabela correspondência Lux, resistência(kΩ) para o LDR Figura 5: Gráfico a partir dos valores da figura 4
Figura 6: tabela correspondência temperatura(ºC), resistência(kΩ)
para o NTC
Figura 7: Gráfico obtido a partir dos valores da figura 6
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3. Aplicações
As resistências do tipo LDR podem ser aplicadas em diversas áreas, tais como: na
iluminação pública, na fotografia, para fins de uso militar e pesquisas astronómicas.
As resistências do tipo NTC são utilizadas como sondas de temperatura em aplicações
industriais, em aparelhos médicos, em eletrodomésticos, em instrumentação para
investigação científica, no setor automóvel, nas telecomunicações, em aplicações militares,
etc. Em algumas aplicações destinam-se a medir valores absolutos de temperatura
razoáveis, como é o caso das aplicações médicas, ao passo que em outras, como as
aplicações industriais, podem destinar-se a medir temperaturas de vários milhares de kelvin.
3.1 Aplicações LDR
3.1.1 Iluminação Pública
Um dos obstáculos à visão do Homem foi a falta de iluminação à noite, o que veio
proporcionar a necessidade de uma maior luminosidade durante esta. Com o avanço da
tecnologia e da eletricidade, os LDR's surgem e vêm facilitar a gestão e a economia de
energia na iluminação pública.
Como já foi referido, o LDR apresenta um nível de resistência mais alto quando exposta
a menor luminosidade, daí que, quando escurece, esta resistência vai funcionar como um
"sensor", que através de outros dispositivos, permitem o acionamento dos diversos meios
de iluminação noturna.
Uma das grandes aplicações deste tipo de resistências são o facto de nos permitirem
gerir os intervalos de tempo em que é realmente necessária a iluminação e desta forma
aplicá-la de uma maneira mais eficaz. Deste modo, estas resistências contribuem para uma
melhor economização de energia, de modo a evitar desperdícios energéticos.
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Figura 8 - Exemplo de uso de LDR em iluminação pública
3.1.2 Fotografia
Um dos aspetos mais importantes em fotografia é a regulação do nível de luz, que se
escolhido corretamente permite ao utilizador a captura de uma boa imagem.
As máquinas fotográficas de hoje em dia possuem, uma grande parte, flash automático,
para a captura de fotos em ambientes pouco iluminados. O flash automático necessita de
obter valores de luminosidade do exterior, para isso a câmara possui várias resistências
LDR com o intuito de obter esses valores e assim detetar se é necessário usar o flash ou
não.
Figura 9 - Exemplo de uso de LDR na fotografia
3.1.3 Painéis Solares
Na atualidade, os painéis solares são uma grande fonte de obtenção de energia.
Existem também painéis capazes de se mover automaticamente, a fim de tornarem-se mais
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eficientes.
Com os painéis automaticamente capazes pretende-se que estes sigam o movimento
do Sol, produzindo a máxima eficiência. Para que esta espécie de "perseguição" seja
possível existem as resistências LDR. Estas vêm marcar o local de menor resistência que,
por sua vez, será onde haverá maior luminosidade, e assim, indicar ao painel onde atingir o
máximo de energia possível.
3.2 Aplicações NTC
3.2.1 Aquecedores automáticos
A automação nos nossos dias tem sido algo que tem vindo a ser cada vez mais usado,
um exemplo mais recente são os aquecedores automáticos.
O funcionamento destes provém da utilidade da resistência NTC. O NTC sofre um
aumento de resistência quando a temperatura diminui e, por conseguinte, uma diminuição
de valor de resistência quando a temperatura aumenta. Todo este procedimento dá
informação da temperatura exterior ao aquecedor. Portanto, o aquecedor poderá ativar
quando a temperatura ambiente estiver abaixo de um certo nível proposto pelo seu
utilizador, funcionando assim automaticamente de acordo com a temperatura ambiente.
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4. Conclusões
Com a oportunidade que se teve de trabalhar com estas resistências na cadeira Projeto
FEUP, conseguiu-se adquirir alguns conhecimentos relativamente a este tipo de
componentes elétricos e também alguma experiência a nível de laboratório.
Em relação ao LDR concluiu-se que que é um tipo de resistência que altera o seu valor
consoante a luz que nele incide. Com o tratamento dos dados experimentais notou-se que o
valor da resistência é maior quando esta se encontra num ambiente com pouca luz. À
medida que se fazia incidir cada vez mais luz, a resistência ia diminuindo de forma a ser
mínima quando exposta à maior intensidade que se conseguiu possibilitar.
O NTC é um outro tipo de resistência que varia com a temperatura. A atividade
laboratorial permitiu-nos ver que de facto estava-se perante de um NTC e não de um PTC.
Visto que o valor da resistência era menor quando exposta a uma maior temperatura e que,
à medida que a temperatura descia o seu valor aumentava, chegou-se à conclusão que a
resistência apresentava um coeficiente de variação negativo com a temperatura. Daí o no
NTC - Negative Temperature Coefficient.
Resistências como estas são úteis à sociedade para diversas aplicações relacionadas
com o bem estar e o conforto do ser humano. Por isso, deve haver um estudo constante
deste tipo de componentes, melhorando-os e desenvolvendo-os de forma a conseguirem
cada vez mais solucionar problemas com que o Homem se depara.
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Referências bibliográficas
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https://www.mundodaeletrica.com.br/sensor-de-temperatura-ntc-ptc/
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http://www.maxwellbohr.com.br/downloads/robotica/mec1000_kdr5000/tutorial_eletronica_-
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Witkovski, Anderson. 2004. " Termistores, termopares". Acedido a 25/10/2016.
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Analógica instrumentação e controle: Nota Técnica. 06/2013. " Termistores". Acedido a
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