Física Experimental III – aula 3

Apresentação em tema: "Física Experimental III – aula 3"— Transcrição da apresentação:

1 Física Experimental III – aula 3 http://dfn.if.usp.br/~suaide/
Alexandre Suaide Ed. Oscar Sala sala 246 ramal 7072

2 Monitoria e atendimento
Horário -Atendimento 2º 3º 4º 5º 6º 13-14 Pedro Radamés 14-15 Samuel 15-16 16-17 17-18 Flavio Tiago 18-19 Pedro (8-10)/Gabriel (10-12)

3 Curvas características (3 aulas)
Objetivos Estudar elementos resistivos diversos Lâmpada de lanterna diodo Pilha Obter curvas características destes elementos Estudar a dependência das propriedades elétricas com outras variáveis Aplicações de curvas características

4 Curvas características
O que é? É um gráfico, característico de cada elemento, que estabelece qual a corrente que flui pelo elemento como função da tensão aplicada Em geral, gráfico de V x i para Físicos Técnicos, engenheiros preferem i x V

5 Curvas características
Pontos importantes i = 0 para V = 0 Não há corrente se não há tensão aplicada Resistência do elemento R = V/i Resistência dinâmica R = dV/di Relevância prática

6 Exemplo: resistor ohmico
No caso do resistor ohmico, R = V/i = const., ou seja: Curva característica  reta Resistência dinâmica = resistência

7 Qual é a utilidade de curvas características
Caracteriza o elemento Previsões fáceis de corrente sobre o elemento Prever situações críticas Variações bruscas de corrente para pequenas variações de tensão Resolução gráfica de circuitos

8 Resoluções gráficas de circuitos
Ex: Vamos supor uma fonte não ideal, com resistência interna r V = V0 - ri

9 Resoluções gráficas de circuitos
Elemento X Curva característica qualquer Ligar o elemento X à fonte Qual a corrente que passa pelo circuito?

10 Resoluções gráficas de circuitos
Lei das malhas de Kirchhoff V = VX Como resolver se eu não tenho uma equação para a curva do elemento X? Solução gráfica Superposição das duas curvas características

11 Objetivos da experiência
Medir a curva característica de alguns elementos resistivos Estudar como estas curvas dependem de outros parâmetros físicos, como temperatura, por exemplo Aula de hoje Se familiarizar com o data studio Tomada de dados informatizada Levantar e estudar a curva característica de um diodo

12 O que é um diodo? Elemento resistivo que, idealmente, conduz corrente perfeitamente em um sentido (R0) e não conduz corrente no sentido oposto (R∞) O diodo real é próximo disto. Diodos, em geral são feitos de materiais semi-condutores tetravalentes (silício, germânio, etc.) dopados com elementos tri- ou penta-valentes em uma junção PN Uau!!!! O que isto quer dizer?

13 Cristais de semi-condutores tetra-valentes
4 elétrons de valência Ligações covalentes com outros átomos para formar monocristais Em temperaturas mais altas, alguns elétrons podem escapar da ligação Cargas negativas livres Buracos, como se fossem cargas positivas Pequena corrente se aplicarmos uma tensão ao cristal

14 Dopando o cristal (junções N e P)
Elementos penta-valentes, por exemplo o Arsênio Sobra de elétrons no cristal Cristal tipo N Elementos tri-valentes, por exemplo o Gálio Falta de elétrons, exesso de buracos Cristal tipo P

15 O diodo é uma junção PN Junção PN
Na região de junção ocorre recombinação de cargas, tornando a junção “livre” de cargas livres A diferença de cargas cria uma diferença de potencial na junção Correntes devido aos dopantes (ifp) e devido às lacunas abertas por agitação térmica (ign) Tem que vencer a barreira de potencial

16 Aplicando tensões em diodo

17 Aplicando tensões em diodo
Tensão direta Diminui a barreira de potencial Favorece a condução de corrente + -

18 Aplicando tensões em diodo
Tensão direta Diminui a barreira de potencial Favorece a condução de corrente Tensão reversa Aumenta a barreira de potencial Dificulta a condução + -

19 Curva característica do diodo real
Conduz bem para polarização direta e pouco para polarização reversa i m  em geral = 2 is  corrente de saturação da junção (dominante em tensões elevadas) irecs  corrente de recombinação da junção (dominante em tensões baixas)

20 Medindo curvas características
Deve-se medir tensão e corrente sobre o elemento. Como? Circuito ao lado A corrente é medida com o auxílio de um resistor ohmico conhecido (R). Pode-se calcular a corrente como sendo i = VR/R Como medir as tensões? Data studio

21 Procedimento experimental
Utilizar resistor de 100 W para medir a corrente Medir valor com Ohmímetro Montar o circuito ao lado Utilizar a fonte de tensão do data-studio por ser mais estável Fazer medidas necessárias

22 Avaliando as medidas efetuadas
Nós utilizamos o DS para medir tensão e corrente. Como avaliar a incerteza da medida? Medida digital incerteza na digitalização e do ADC Da ordem de 0.2% Flutuações diversas Flutuações estatísticas Outras flutuações (ruído, rede elétrica, terra, etc)

23 Mas que medidas fazer? Conjunto 1
Avaliar a incerteza da tensão e da corrente Estimar a flutuação da tensão e da corrente para valores diferentes de tensão e corrente Variar a tensão da fonte de 1 em 1 V entre 0 e 5 V Fazer monitoramento dos dados durante 2 minutos para cada valor de tensão da fonte Estimar o valor médio e dispersão dos dados Fazer gráfico de incerteza da corrente como função da corrente e incerteza da tensão como função da tensão Parametrizar as incertezas como função da medida

24 Mas que medidas fazer? Conjunto 2
Levantar a curva característica do diodo fazendo uma varredura manual da tensão da fonte Variar a tensão da fonte de 0.1 V entre 0 e 1 V Variar a tensão da fonte de 0.2 V entre 1 e 2 V Variar a tensão da fonte de 0.5 V entre 2 e 5 V Levantar a curva característica

25 Mas que medidas fazer? Conjunto 3
Levantar a curva característica do diodo fazendo uma varredura automática da tensão da fonte Programar uma rampa no DS Tomar os dados em intervalos muito pequenos de tensão da fonte para ter uma curva característica bem definida.

26 Análise dos dados A partir da parametrização das incertezas, calcular as incertezas de tensão e corrente no diodo e fazer as curvas características finais. Interpretar as curvas características obtidas Utilizando a equação teórica para a curva característica do diodo, supondo T = 300K como temperatura ambiente, obter os coeficientes relevantes e perceber os dois regimes de corrente (altas e baixas tensões)