Eletricidade básica

INTRODUÇÃO

Fomos levados pra o laboratório de eletricidade pelo professor Paulo Giovanni Lopes para entendemos melhor sobre como colocar em pratica a teoria estudada em sala sobre a ponte de Wheatstone e sobre a técnica de divisor de tensão.

Já sabemos que podemos medir a resistência elétrica (R) de um resistor, medindo a corrente elétrica (I) e a diferença de potencial (V) nos seus terminais já que na lei de Ohm temos: R = V/I. Mas como já vimos em outras praticas, os valores de I (corrente elétrica) e V (diferença de potencial), medidos com o multímetro não ideal, não são precisos e consequentemente o cálculo de resistência elétrica R é impreciso.

Uma maneira mais precisa de se medir o valor de R é montar um circuito chamado de ponte de Wheatstone como o representado abaixo. Esse circuito é constituído de um gerador, um galvanômetro, um reostato (resistor de valor ajustável), um resistor a ter o valor calculado e dois outros resistores de valores conhecidos.

Variando-se o valor da resistência R1 do reostato varia-se o valor da corrente Ig no galvanômetro. Quando a corrente elétrica se anula dizemos que a diferença de potencial entre os pontos C e D (VCD) é zero e dessa forma a ponte está em equilíbrio. Podemos afirmar isso, pois para provocar o movimento de cargas elétricas entre dois pontos de um determinado meio condutor (o que caracteriza a corrente elétrica), é necessário haver uma diferença de potencial, logo se não há corrente elétrica é porque não há diferença de potencial.

Com isso podemos concluir que a diferença de potencial entre o ponto A e C (VAC) e o ponto A e D (VAD), vai ser igual ao valor da tensão no ponto A. Assim como a diferença de potencial entre o ponto B e C (VBC) e B e D(VBD) vai ser igual ao valor da tensão no ponto B. dessa forma temos que VAC ¬é igual a VAD.

Assim pela lei de Ohm temos que:

VAC = VAD → R1 * ¬i1 = R2 * i2 (I)

VBC = VBD → R4 * i’1 ¬= R2 * i’2 (II)

Como i1 = i’1 e i2 = i’2 , pois com Ig igual a zero, temos que R1 e R4 estão associados em série e dessa forma a corrente que passa pelos os dois resistores é a mesma. Da mesma maneira que R2 e R3 estão associados em serie, consequentemente a corrente que passa pelos dois é a mesma. Dividindo os membros da igualdade (I) e (II), temos:

(R1 * ¬i1)/(R4 * i’1) = (R2 * i2 )/( R2 * i’2 ) → R1/R4=R2/R3

Ou seja, R4 * R2 = R1 * R3, (produto em cruz) e dessa forma, temos calculado o valor de R = R4

A solução do valor da resistência pode ser simplificada pela ponte de Wheatstone, mas em um circuito também precisamos calcular a tensão e a corrente. O calculo desses valores pode ser simplificado por meio das técnicas de divisor de tensão e de corrente. Discutiremos abaixo sobre o divisor de tensão.

A técnica de divisor de tensão aplicada em resistores associados em série, já que nesse caso a tensão em cada resistor da associação divide-se de forma proporcional aos valores da resistência, ao contrário da associação em paralelo em que a tensão é a mesma em todos os resistores independente de seus valores. E serve para determinar a tensão em cada resistor em um circuito como o representado abaixo:

A resistência equivalente (Req) desse circuito é dada pela relação: Req = R1 + R2 Sabendo que a corrente em todos os resistores e aplicado a Lei de Ohm temos as seguintes relações:

I= V/Req→I= V/(R1+R2) (I) I=V1/R1 (II) I= V2/R2 (III)

Fazendo (I) = (II) e (III) = (I), temos as seguintes relações:

V1=V R1/RT e V2=V R2/RT

Temos então que a tensão em um resistor é igual ao produto da tensão do circuito e da resistência desse resistor dividido pela resistência total do circuito.

Discutiremos a seguir sobre a experiência realizada, para melhor compreensão de alguns conceitos citados acima.

 

MATERIAIS

Tarefa 1 (Ponte de Wheatstone)

- Fonte DC regula 0 – 30 VDC

- Multímetro digital

- Fios/cabos de ligação

- Protoboard

- Resistores: 2,2kΩ; 2,7kΩ; 3,3kΩ

- Potenciômetro: 0-22kΩ

Tarefa 2 (Divisor de tensão)

- Fonte DC regula 0 – 30 VDC

- Multímetro digital

- Fios/cabos de ligação

- Protoboard

- 2 potenciômetros: 0-470Ω

- Resistor: 100 Ω

PROCEDIMENTOS EXPERIENTAIS

Tarefa 1 (Ponte de Wheatstone)

- calculou-se o valor de R1, para que atendesse as condições pedidas de acordo com o circuito esquematizado, em seguida calculou-se o potencial do ponto C e do ponto D

- depois montou o circuito esquematizado na placa de protoboard.

- após montado regulou-se a fonte para 6V e limitou-se a corrente da fonte.

- conectou o multímetro no circuito, e regulou o potenciômetro até o multímetro indicar tensão 0.

- mediu-se o potencial do ponto C e do ponto D.

- depois de terminado, desligou-se e desconectou a fonte ao circuito

- em seguida, mediu-se o valor da resistência do potenciômetro, com a ajuda do multímetro.

- montou-se o circuito no simulador EWB e ajustou o valor de R1 para equilibrar a ponte

- depois mediu-se o potencial do ponto C e o potencial do ponto D

- por ultimo mediu-se o valor da resistência do potenciômetro.

Tarefa 2 (Divisor de tensão)

- projetou-se o circuito divisor de tensão de acordo com as condições pedidas.

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