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laboratorio de fisica b
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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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S
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.
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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
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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?
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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
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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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