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

Conteúdo da aula Introdução ao curso Objetivos Avaliação Notas de aula Experiência I – Voltímetros e Amperímetros Lei de Kirchhoff Lei de Ohm Voltímetros e amperímetros Simulações de circuitos elétricos

O Curso - objetivos Prática da Física Experimental Experimentos não dão errado! O que ocorre, muitas vezes, é uma simplificação demasiada dos fenômenos que estão ocorrendo A Natureza não simplifica a nossa vida Explorar os experimentos e medidas O que medir e como medir Minimizando outros efeitos Simulações de experimentos Discussão dos resultados

Critérios de avaliação Composto de 2 termos Média dos relatórios Nota do projeto M = 0,67 (MR*FPS) + 0,33 (NPG*FPI) M > 5 (MR*FPS) > 5 NÃO HÁ RECUPERAÇÃO! Frequência em sala deve ser maior que 70% Tolerável um atrase de 20 minutos do início da aula

Relatórios Feitos em grupo Entregue ATÉ 10 dias após o término da experiência Entregue diretamente ao professor (segunda-feira) 5 experiências no total -1 ponto por dia de atraso A nota é individual. Fração da presença na experiência Ex: experiência de 3 aulas, 1 falta  nota = 2/3 * Nota_original Fator de participação nas aulas (FPS) A critério do professor ( 0 < FPS < 1) Média simples

Relatórios Máximo 10 páginas Formato padrão Resumo, introdução, arranjo experimental, análise de dados e discussão Vocês já sabem analisar dados! Prestem atenção em incertezas, ajustes, tratamento de dados, etc. Comparações/conclusões qualitativas NÃO serão aceitas Entregar tabela/gráficos no final de cada aula para comparação com o relatório Não são aceitos relatórios sem folhas de dados da aula!

Projeto Toda a sala em um único projeto de final de curso NÃO é uma experiência de demonstração e NÃO é uma extensão de alguma experiência do curso Estudo quantitativo de algum fenômeno abordado no curso

Projeto Escolha de um problema a ser investigado Discussão em sala de aula Organização das atividades trabalho em equipe, divisão de trabalho Quem cuida da teoria, arranjo experimental, tratamento dos dados Acossiação com professores do Instituto Uso de laboratórios de pesquisa Definição do projeto cedo no semestre

Projeto Avaliação do projeto Relatório no final do curso Apresentação oral do projeto, resultados e conclusões no final do curso Nota do projeto NPG Fator de participação no projeto para cada aluno da turma FPI entre 0 e 1 Trazer propostas para serem discutidas na próxima aula Cada grupo 1 proposta

Notas de aula http://www.dfn.if.usp.br/~suaide Disponível na web Clicar em Notas de aula Em geral, no dia anterior à aula

Dúvidas, questões, etc. Monitores disponíveis nos laboratórios didáticos NÃO É PARA REPOR AULAS! Professor É só ligar (ramal 7072) ou ir à minha sala (Ed. Oscar Sala)

Experiência I – Voltímetros e amperímetros Objetivos Leis de Kirchhoff e Ohm Se familiarizar com o uso de voltímetros e amperímetros Medir resistência elétrica Simulação de circuitos elétricos

Resistência de um material Corrente elétrica Elétrons livres se movendo em um condutor Colisão com com outros elétrons e átomos do material Perda de energia por atrito  aquecimento Resistência à movimentação das cargas Resistência elétrica Se R é constante  resistor ohmico

Lei de Ohm Estabelece que a resistência elétrica R = V/i deve ser constante para um determinado material. Esta resistência não deve depender da tensão ou corrente no circuito utilizado, bem como de outras variáveis, como temperatura.

Utilizando resistores em circuitos elétricos – Resolvendo circuitos Leis de Kirchhoff Duas leis Tensão A soma de todas as tensões em uma malha de um circuito é nula Derivada do princípio de conservação de energia Corrente A soma das correntes que chegam em um nó do circuito é igual à soma das correntes que saem deste nó Derivada do princípio de conservação da carga

Utilizando resistores em circuitos elétricos – Resolvendo circuitos Leis de Kirchhoff da tensão A soma de todas as tensões em uma malha de um circuito é nula Exemplo: malha1  V1 + VR3 + VR1 = 0 Exemplo: malha2  VR3 + VR2 + VR4 + VR5 = 0

Utilizando resistores em circuitos elétricos – Resolvendo circuitos Leis de Kirchhoff da corrente A soma das correntes que chegam em um nó do circuito é igual à soma das correntes que saem deste nó Exemplo: nó1  iR3 = iR1 + iR2

Objetivos desse experimento Parte I (essa aula) Medir a resistência elétrica de um material usando diferentes circuitos Parte II (próxima aula) Medir a resistência elétrica de voltímetros

Como medir eletricidade? Muitas técnicas Balança de correntes Mede a força entre dois fios utilizando uma balança mecânica Balança eletrostática Mede a carga entre dois objetos utilizando uma balança mecânica Amperímetros/voltímetros Instrumentos utilizados para medir correntes e tensões elétricas Muito utilizado em situações práticas do dia-a-dia

O Galvanômetro é a base de tudo Inventado por William Sturgeon em 1836 Nome em homenágem a Luigi Galvani Interação entre a corrente elétrica em uma bobina e um campo magnético Torque proporcional à corrente elétrica Corrente máxima fixa

O Galvanômetro é a base de tudo Como utilizar um galvanômetro para medir correntes e tensões elétricas Faz-se circuitos simples de forma que a corrente elétrica que passa pelo galvanômetro seja proporcional à corrente ou tensão elétrica que queremos medir Ajusta-se a escala de modo a converter a corrente no galvanômetro para a grandeza medida

Como utilizar um galvanômetro para medir corrente? Se a corrente no circuito for menor que a que o galvanômetro suporta, basta conectá-lo ao circuito E se for maior Desvia-se parte da corrente

O Amperímetro Um galvanômetro acoplado a vários resistores em paralelo A escolha do resistor determina o fundo de escala (corrente máxima) que pode ser medida

Como utilizar um galvanômetro para medir tensão elétrica Desvia-se parte da corrente do circuito para o galvanômetro V = Ri Como medir tensões que desviem correntes acima do limite do galvanômetro? Aumentar a resistência do galvanômetro de modo a limitar a corrente desviada i

O Voltímetro Um galvanômetro acoplado a vários resistores em série A escolha do resistor determina o fundo de escala (tensão elétrica máxima) que pode ser medida. O instrumento faz a conta (V = Ri) automaticamente

Uma consequência importante Voltímetros e amperímetros possuem resistência Voltímetros e amperímetros funcionam através do desvio de um pouco de corrente para o instrumento Voltímetros e amperímetros MODIFICAM as tensões e correntes em um circuito. Eles alteram as medidas Ver apostila CFE para detalhes

Objetivos da aula de hoje Se familiarizar (um pouco) com o uso de voltímetros e amperímetros Medir a resistência de 2 resistores comerciais utilizando a relação Estudar qual é o melhor método para medir essa resistência e como os instrumentos influem nessa medida.

Medindo resistências Utilizando um circuito elétrico simples Mede-se a tensão elétrica sobre o resistor Mede-se a corrente que flui sobre o mesmo Calcula-se R = V/i

Na prática Utiliza-se um voltímetro para medir a tensão no resistor E um amperímetro para medir a corrente no resistor Duas opções de circuito elétrico Qual é melhor?

O que acontece? A resistência obtida será a mesma com os dois circuitos? Qual é o valor mais correto? Como o instrumento de medida influenciou o resultado?

A resistência medida é aproximadamente igual a R circuito 1 O Amperímetro possui resistência interna Resistência, por construção, muito pequena Provoca queda de tensão Se RA << R A resistência medida é aproximadamente igual a R

A resistência medida é aproximadamente igual a R circuito 2 O Amperímetro possui resistência interna Resistência, por construção, muito pequena Provoca queda de tensão Se RV >> R A resistência medida é aproximadamente igual a R

Atividades Medir a corrente no circuito para 10 valores de tensão aplicadas ao circuito Para os 2 circuitos e 2 resistências Utilizar resitor de proteção quando utilizar baixas resistências Fazer gráfico de V x i e obter a resistência em cada caso Ver apostila para mais detalhes…

Conclusões 1 Dependendo do valor da resistência elétrica a ser estudada, um circuito é mais adequado que o outro Para altas resistências, o circuito 1 é mais adequado que o circuito 2 Comparáveis à resistência do voltímetro 2

Simulando o experimento Utilizar o programa EWB (Electronic Workbench) Simular o circuito utilizado no experimento Supondo instrumentos ideais Supondo intrumentos não ideais com resistências interna dadas pelo manual do fabricante Compare as simulações com os dados obtidos