ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
PROFESSOR(ES): Cristian da Costa Rubert e Veridiana dos Santos Fenalti Schio
E-MAIL: cristian-drubert@educar..br e veridiana-dfenalti@educar..br
ÁREA: Ciências da Natureza (CN) Disciplina: Física
ANO/SÉRIE: 3° ATIVIDADE REFERENTE AO MÊS/PERÍODO DE: 01 a 31 MAIO/2021
NOME DO ALUNO: ___________________________________________ TURMA: _________
Parte I
Associação de Resistores
Os resistores são dispositivos que transformam energia elétrica exclusivamente em térmica. São encontrados em todos os aparelhos eletroeletrônicos, desde simples aquecedores a complexos smartphones.
Estes componentes são utilizados para aquecimento (como em chuveiros) e/ou para limitar a passagem de corrente elétrica.
Todo o condutor elétrico é um resistor, pois a passagem de corrente elétrica sempre gera algum aquecimento, isto ocorre pela colisão entre os elétrons e diversas outras partículas que constituem o material.
[pic]
Figura 01 – Resistores Comerciais
1. Faça uma breve pesquisa aprofundando o tema “resistores” explicando a unidade de medida da grandeza associada a ele (Ohm).
2. Leia o exemplo a seguir:
Muitas vezes é necessário associar mais de um resistor para obter outros valores de resistência. Por exemplo, se um técnico precisar de um resistor de [pic] para fazer um reparo em um aparelho e este componente com valor específico não estiver disponível, ele pode juntar (associar) dois resistores de [pic] para obter a peça desejada.
Há duas formas de associá-los:
- Associação de Resistores em Série:
Neste tipo de associação os resistores vão conectados um após o outro, formando uma série. Ou seja, o circuito é linear e não há nós, como mostra a figura 02
Figura 02 – Resistores em Série
Observa-se que do ponto A ao B tem três resistores em uma linha. Ou seja, esta é uma associação em série de três resistores. Para obter a resistência final, basta somar os valores.
Matematicamente:
[pic]
A resistência equivalente é a soma de todos os resistores em série que o circuito tiver. No caso da figura 01 (a identificação é feita pelas listras coloridas): [pic], [pic],[pic], assim o valor do resistor equivalente é [pic]
Existe outra maneira de ligar os resistores:
- Associação de Resistores em Paralelo:
Neste tipo de ligação os resistores são conectados paralelamente uns aos outros, formando nós no circuito, como mostra a figura 03
Figura 04 – Resistores em Paralelo
Observa-se que entre o ponto A e B há três resistores, porém os nós os conectam diretamente aos pontos A e B.
Matematicamente:
[pic]
A resistência equivalente é a soma inversa dos resistores que compõe o circuito. Neste caso cada um deles tem [pic], assim: [pic] [pic] [pic].
Caso haja APENAS DOIS resistores (não vale para três ou mais, pode-se utilizar um truque matemático chamado produto sobre soma):
[pic]
Obs.: Ainda há um terceiro tipo de associação: Mista. Este tipo de configuração mistura série e paralelo em único circuito, porém não será abordada agora.
3. Considerando a questão dois, qual tipo de associação o técnico utilizou e por quê?
4. Os resistores são representados esquematicamente por linhas como mostra a figura 05. Determine o valor do resistor equivalente, sabendo que [pic] e [pic]
[pic]
Figura 05
5. Reconfigure o circuito da questão quatro ligando os resistores em paralelo (faça o desenho a seguir) e calcule o valor da resistência equivalente para este novo circuito. (Para facilitar, utilize produto sobre soma).
6. Faça uma análise de quais das duas configurações com os mesmos resistores deu maior valor e especule o motivo pelo qual você acha que isto aconteceu.
Parte II
Lei de Ohm
Existe uma expressão matemática que relaciona as grandezas vistas até o momento: resistência, tensão e corrente elétricas. Num resistor considerado ôhmico a resistência permanece a mesma independentemente dos valores de tensão e corrente elétricas aplicado a ele. Para compreendermos melhor, será montado virtualmente um circuito elétrico simples (porém no lugar da lâmpada haverá um resistor) com medidas de tensão e corrente.
[pic]
Figura 06 – Circuito Elétrico
7. Redesenhe o circuito utilizando a simbologia padrão representá-lo.
O objetivo aqui é determinar o valor do resistor em questão. Observa-se que ao aplicar 2,00V nos seus polos a corrente é de 0,40A. Na tabela a seguir está os dados da variação dos valores de tensão e corrente aplicados ao resistor:
|Tensão Elétrica (V) |Corrente Elétrica (A) |
|0,00 |0,00 |
|2,00 |0,4 |
|4,00 |0,8 |
|6,00 |1,2 |
Tabela 01
Com os dados obtidos observa-se linearidade entra os dados. Este tipo de comportamento remete a uma função afim (do 1° Grau) do estilo:
[pic]
F de x pode ser considerado com y. As variáveis são: x – a independente e y a dependente. Os parâmetros a e b são constantes que definem o gráfico da função. Os dados da tabela foram utilizados para gerar o gráfico a seguir:
Este gráfico é característico de lei de ohm. Ele mostra que a inclinação da reta (a) da função é a resistência constante do resistor, neste caso [pic]. A unidade de resistência elétrica é o Ohm (V/A) representada pela letra grega ômega.
Com exceção do primeiro ponto (0,0 e 0,0 – pois se não houver potencial elétrico não há passagem de corrente) todos os valores de tensão dividido pelos de corrente dará o mesmo resultado de resistência.
8. Utilizando a mesma lógica, encontre o valor da resistência para os outros pontos da tabela: Tensão 4,00V; corrente 0,8A e tensão 6,00V; corrente 1,2A. Discuta se o valor encontrado está correto.
Observa-se que o gráfico gerado pelo experimento virtual é uma reta constante com os pontos 0,00 e 0,00 sendo atravessados pela linha. Assim, a lei de ohm é uma função do primeiro grau do tipo afim. Logo:
[pic]
Onde V é a tensão em volts (é a variável dependente da função, esta tem o mesmo emprego do y), R é a resistência em ohm (seria o coeficiente de inclinação da reta, ou seja, o a da função – um valor constante) e i é a corrente em amperes (é a variável independente, assume o lugar x) e o b é zero, portanto não existe na equação.
Pode-se a qualquer momento determinar a resistência de um objeto desde que seja sabido a tensão e corrente a qual ele está sendo submetido.
[pic]
9. Qual é o valor da resistência de um chuveiro ligado a rede elétrica 110V que consome 55A?
10. Determine o valor de corrente que atravessa um aquecedor cuja resistência tem valor de [pic] e é ligado a uma rede de 220V.
Os resistores não ôhmicos são aqueles em que a resistência elétrica varia de acordo com a temperatura. Neste caso, a lei de ohm não se aplica, pois o coeficiente ‘a’ do gráfico não é constante e assim a função não é mais do primeiro grau. Um exemplo é a lâmpada incandescente que, devido a elevação severa de tempera, a resistência varia (aumenta também) tornando-a um resistor não ôhmico.
11. Diferencie resistores ôhmicos de não ôhmicos e cite exemplos de cada um deles.
12. (Opcional)(Enem/2018) Ao pesquisar um resistor feito de um novo tipo de material, um cientista observou o comportamento mostrado no gráfico tensão versuscorrente.
[pic]Após a análise do gráfico, ele concluiu que a tensão em função da corrente é dada pela equação V = 10 i + i2.
O gráfico da resistência elétrica (R) do resistor em função da corrente (i) é
[pic]
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