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FGE2255 Fsica Experimental para o Instituto de Qumica

Segundo Semestre de 2012Experimento 1

Prof. Dr. Cristiano OliveiraEd. Basilio Jafet, Sala 202crislpo@if.usp.br

Corrente eltrica

0lim tq dqi t dt

VR i

q

Vq : carga [Coulomb]

t : tempo [segundos]

i : ampre [A = C/s]

Definio de Corrente eltrica

A relao entre a voltagem e a corrente induzida denominada resistncia do material. Para um resistor hmico essa relao linear e a resistncia a razo entre a voltagem e a corrente

Para um resistor no hmico essa relao varia em funo dos valores de V e I aplicados, iVRR ,Sendo V em volts, i em ampres, R

dado em ohms []

LECT

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NOTE

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PROF

. CRI

STIA

NO

2Curvas caracteristicas

i

V

Resistor hmico

Resistor no hmico

Independente de ser hmico ou no, a curva caracteristica, i vs. Vsempre passa pela origem.

Como medir V e i ??

Instrumentos de medio

Medidores de tenso, corrente, resistncia: Multmetros

Analgicos Digitais

Necessrio saber utilizar estes equipamentos e saber as incertezas nas medidas.

LECT

URE

NOTE

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. CRI

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NO

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E1: Elementos resistivos lineares e no lineares

Objetivos: Medidas de grandezas eltricas:

Curvas caractersticas de elementos resistivos; Utilizao de um multmetro;

Anlise de dados: Anlise Grfica; Comparao com um modelo.

Roteiro: Curva caracterstica de um resistor de Carbono Curva caracterstica de uma lmpada Condutividade de uma soluo eletroltica

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Multmetros

Medem Voltagem, Corrente e Resistncia (alguns modelos medem adicionalmente outras grandezas)

Chaves ou botes de seleo: Selecionam a funo Selecionam o fundo de escala (mximo valor mensurvel) - h modelos

com seleo automtica Selecionam o modo - AC ou DC

Orifcios de conexo Devem ser selecionados de acordo com a funo O orifcio COM sempre utilizado

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Multmetros

O ampermetro sempre montado em srie no circuito, portanto sua resistncia deve ser ..?..

O voltmetro sempre montado em paralelo no circuito, portanto sua resistncia deve ser ?

gerador

RA

V

8

Uma consequncia importante

Voltmetros e ampermetros possuem resistncia Voltmetros e ampermetros funcionam atravs do

desvio de um pouco de corrente para o instrumento Voltmetros e ampermetros MODIFICAM as tenses

e correntes em um circuito. Eles alteram as medidas!!!

Sendo assim preciso utilizar a melhor configurao para que o instrumento afete o mnimo possvel a medida

LECT

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NO

5Medindo resistncia, tenso e corrente

Xi

iX

RVV

iV

voltmetro

Xi

i

RAA

i

Ampermetro

X

R

I

OhmmetroBateria

V RB

1X

X

V

ii RR

1X A

X

V RR

V

Ohmimetro Voltmetro Ampermetro

Duas possveis montagens

Indicada para resistncias baixas, quando RRANeste caso, Rmed = R + RA R

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Qual a incerteza do voltmetro e do ampermetro?

Olhar o manual do instrumento

Depende da escala utilizada Cada escala possui uma incerteza distinta

Em geral, fornecida com dois termos, um em porcentagem e outro em dgitos Ex: 0,2% + 3D

O que isso significa?

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0,2% + 3D. O que isso?

0,2% Porcentagem do valor medido Ex: valor medido: 2,040 V Incerteza: 0,2 * 2,040 / 100 = 0,004 V

3D Algarismo 3 na ltima casa decimal da medida (do

multmetro)

Ex: valor medido: 2,040 V 2,040 V Incerteza: 0,003 V

Incerteza total da medida Soma linear (superestimando): 0,004+0,003=0,007

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Atividade: Resistor Mea a resistncia do resistor utilizando o multmetro na funo

Ohmimetro.

Monte o circuito conforme a pgina 1 da apostila utilizando um resistor de Carbono como elemento resistivo e uma fonte de voltagem contnua

Muita ateno com a montagem dos multmetros (no confundir ampermetro com voltmetro!), e escolha o modo DC

Obtenha dados de I em funo de V para 11 valores de voltagem entre -10 e 10V (o zero includo), sem esquecer das incertezas nas medidas

Faa um grfico de V versus I (com barras de incerteza se visveis na escala usada) e discuta a validade da lei de Ohm (V=RI)

Obtenha o valor de R a partir do coeficiente angular do grfico e compare com o valor nominal e o valor medido.

Valor de (RR): Mtodo Grfico

10

20

30

40

15

25

35

45

5

0

v(cm/s)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t (s)

Velocidade de queda de um corpo

(a)10

20

30

40

15

25

35

45

5

0

v(cm/s)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t (s)

Velocidade de queda de um corpo

(b)

20

30

40

15

25

35

45

5

v(cm/s)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t (s)

Velocidade de queda de um corpo

(c)

2minmax aa

a

2minmax bb

b

bxay

10

20

30

40

15

25

35

45

5

0

v(cm/s)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t (s)

Velocidade de queda de um corpo

(d)

Reta mnima

Reta mxima

Reta Mdia

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Como comparar os resultados de medidas?

preciso levar em considerao sempre a incerteza de medida. Devemos nos perguntar se as medidas so compatveis ao invs

de iguais Por exemplo, 2,74 0,02 mm compatvel com 2,80 0,05 mm ?

2,70 2,75 2,80 2,85

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Exemplo: dimetro de um fio de cobre

Quais medidas so compatveis entre si?

Quais medidas so compatveis com o valor nominal fornecido pelo fabricante?

LECT

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Atividade: Lmpada

Mea a resistncia da lmpada utilizando o multmetro na funo Ohmimetro.

Monte o circuito conforme a pgina 1 da apostila utilizando a lmpada como elemento resistivo e uma fonte de voltagem contnua

Muita ateno com a montagem dos multmetros, e escolha o modo DC

Faa medidas que permitam verificar (i) como a resistncia do filamento varia com a intensidade da luz; (ii) a no linearidade do elemento

Faa um grfico dos seus dados e discuta as questes propostas na apostila

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Atividade: Condutividade de gua com sal

Monte o circuito utilizando a cuba de plstico com eletrodos e uma fonte de voltagem ALTERNADA

Escolha o modo AC nos multmetros

Verifique que sem gua na cuba a corrente nula

Ateno com a limpeza do sistema (por que?)

Coloque 400 ml de gua destilada na cuba e determine a resistncia

Mantendo a distncia entre os eletrodos fixa (bem afastados) e a voltagem fixa em ~ 5 VAC, adicione pequenas quantidades de soluo salgada (1 ml bom nmero), homogeinize e mea a corrente. Obtenha dados de Iem funo da concentrao para 10 valores de concentrao

Faa um grfico de I versus c e responda s questes propostas na apostila. Como voc espera que deva ser a relao entre I e c ?

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Propagao de erros no volume adicionado de sal

No experimento iremos adicionar fraes de 1mL de soluo salina. Esta quantidade obtida utilizando-se um goteiro graduado. Como este volume obtido visualmente existe um erro associado a esta quantia que, como vimos, convenciona-se como sendo a metade da menor diviso da escala. A menor diviso da escala era 0.1mL e desta forma =0.05mL. Logo, cada frao adicionada possui o valor: (1.000.05)mL. Como combinar os erros de multiplas adies desta frao de sal? Veja, ao adicionar vrias fraes de 1mL, os erros de cada adio vo se combinando:

Frao 1: (1.000.05)mL Total: 1.00mL, 1= 0.05 mLFrao 2: (1.000.05)mL Total: 2.00mL, 2 = (0.05^2 + 0.05^2)^(0.5)=0.05*2, = 0.05*2 mLFrao 2: (1.000.05)mL Total: 3.00mL, 3= 0.05*3 mL...

Frao n: (1.000.05)mL Total: n mL, n= 0.05*n mL

Sendo assim, a barra de erro de x, isto , da frao de sal adicionada aumenta com o nmero de adies. Para quem optar em calcular a concentrao molar ao invs de fazer o grfico em funo do volume de soluo salina adicionada, calcule os erros utilizando a relao anterior e o erro na concentrao molar ser dado por :

M = CM * ( / V), onde M o erro para a dada concentrao molar, CM o valor calculado para a concentrao molar, o erro da respectiva frao, calculado acima e V o volume total da respeciva adio. Note que nesta derivao, por simplicidade, foi desconsiderado o erro no volume da qua destilada da cuba.

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FOLHA DE DADOS

As tabelas com dados coletados devem ser entregues ao professor HOJE! Grupos que no entregarem a folha no tero os relatrios aceitos e ficaro com zero no relatrio.LE

CTUR

E NO

TES

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Siga as orientaes propostas na apostila

Resumo e Introduo ao problema.

Descrio do modelo terico aplicado ao problema

Descrio detalhada do aparato experimental e procedimento de medida. Descrever as formas de anlise dos dados. Se realizou propagao de erros, apresentar a demonstrao das frmulas (dvidas, me procure!!!).

Tabelas dos dados primrios obtidos.

Curvas caracteristicas de V vs I para o resistor e Lmpada. Utilize o mtodo grfico para determinar a resistncia do resistor bem como sua incerteza. O valor de resistncia obtido por este mtodo compatvel com os valores nominais e medidos para o resistor? Verifique a validade, ou no da lei de Ohm para o resistor e a lmpada utilizando argumentos fsicos para sua explicao.

Grfico de I vs. Vadd ou I vs. CM para o experimento de condutividade. Utilize as informaes contidas nestas notas de aula para o calculo do erro nos valores de Vadd ou CM. Discuta, utilizando argumentos fsicos, o comportamento deste grfico.

Discuta os resultados experimentais. Conclua sobre os resultados experimentais, aplicao do modelo terico utilizado, limitaes deste modelo. Utilize as questes propostas na apostila como guia para o raciocnio.

O relatrio deve conter: Resumo, Introduo, Descrio terica, Descrio experimental, Apresentao dos Resultados, Discusso, Concluses e Bibliografia.

Neste experimento os grficos podem ser feitos utilizando papel milimetrado. Caso deseje, o aluno pode, adicionalmente, anexar tambm grficos feitos com planilhas eletrnicas.

Relatrio:Entregar at Tera-Feira da prxima semana

Pgina do curso no Moodle do Stoa

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Mos a obra!!!

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