Experiencia s

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  • Carlos R. A. Lima

    Departamento de Fsica Instituto de Cincias Exatas

    Universidade Federal de Juiz de Fora

    Professores Revisores Roberto Rosas Pinho e Maria Luiza Bedran

    Roteiro Experimental de Laboratrio de Fsica IV

    Juiz de Fora 2003

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  • NDICE Introduo ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------04 Experincia 01- Uso do osciloscpio -----------------------------------------------------------------------------------------------05 Experincia 02- Carga e descarga de capacitores e indutores.--------------------------------------------------------------14 Experincia 03- Determinao da diferena de fase em circuitos de corrente alternada -----------------------------20 Experincia 04- ndice de refrao de lquidos e slidos ----------------------------------------------------------------------26 Experincia 05- Desvios linear e angular em prismas -------------------------------------------------------------------------32 Experincia 06- Espelhos e Lentes -------------------------------------------------------------------------------------------------38 Experincia 07- Polarizao e a lei de Mallus.-----------------------------------------------------------------------------------47 Experincia 08- Atividade ptica.---------------------------------------------------------------------------------------------------51 Experincia 09- Interfermetro de Michelson -------------------------------------------------------------------------------------58 Experincia 10- Difrao em Aberturas e Obstculos e Redes de Difrao ----------------------------------------------62 Experincia 11- Modelo atmico de Bohr ------------------------------------------------------------------------------------------72 Experincia 11- Efeito fotoeltrico e o limiar fotoeltrico ----------------------------------------------------------------------78

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  • INTRODUO A disciplina de laboratrio de fsica IV tem como objetivo abordar tpicos experimentais relacionados disciplina de fsica IV. Nessa disciplina o estudante tem os primeiros contatos com experincias relacionadas ao estudo de correntes alternadas, ptica e fsica moderna. Na medida do possvel, as experincias seguem a mesma ordem da disciplina terica de fsica IV. Espera-se com isso, que o estudante tenha a oportunidade de entender o fenmeno fsico do ponto de vista terico e experimental. A preparao dos relatrios de cada experincia dever seguir um padro que permita ao estudante entender o desenvolvimento do mtodo cientfico. A disciplina de laboratrio de fsica IV uma matria experimental, na qual a turma de estudantes se divide em grupos de trabalho. No incio de cada aula, o professor apresenta uma breve discusso terica sobre a experincia que ser realizada. Nessa discusso, os grupos tambm so orientados na seqncia lgica do procedimento experimental. Sugere-se que uma experincia completa deve ser executada em cada aula. Para um desenvolvimento satisfatrio dos trabalhos, as aulas sero baseadas na Apostila de Laboratrio de Fsica IV, que estar disponvel na Internet na pgina do departamento de Fsica (www.fisica.ufjf.br), para que interessados possa tirar cpias da mesma. A apostila composta por roteiros que inclui uma breve introduo terica sobre o ttulo da experincia e o procedimento experimental a ser seguido. Cada roteiro dever ser estudado cuidadosamente fora do horrio de aula por cada estudante antes da realizao da experincia. Cada equipe dever ter um caderno de laboratrio com pginas numeradas tipo ATA, para anotaes de dados, tabelas e clculos obtidos durante os experimentos. Esse caderno de laboratrio ser parte integrante da avaliao final e dever acompanhar a equipe durante todas as experincias. A falta desse material em uma ou mais experincias implicar em perdas de pontos para a equipe. Todos os dados e resultados que a equipe considerar relevantes, devero ser apresentados ao professor por escrito em forma de relatrio. A forma dos relatrios dever seguir o mesmo padro para todas as experincias, contemplando os seguintes itens: Ttulo, Autores, Instituio, Objetivos e metas, Teoria, Procedimento experimental, Resultados, Concluses, Referncias. Cada relatrio dever ser entregue ao professor, no mximo, aps 15 dias ao trmino da experincia. No final do semestre, quando todas as experincias estiverem terminadas, cada estudante ser submetido individualmente a uma prova de bancada e outra escrita. A prova de bancada ser uma pequena parte de qualquer uma das experincias realizada durante o semestre. Nessa prova, cada estudante receber um mini roteiro para desenvolver um mini relatrio, nos mesmos moldes dos relatrios convencionais. A prova escrita conter questes conceituais relacionadas ao tema da disciplina e questes de natureza tcnica relacionadas s experincias realizadas. No final do curso, cada estudante ser avaliado com base nas notas de relatrio (RE), caderno de laboratrio (CL), prova escrita (PE) e prova de bancada (PB). A nota final (NF) deve ser calculada como segue: NF= 0,25(NR) + 0,05(CL) + 0,35(PE) + 0,35(PB) Os alunos que alcanar nota final igual ou superior a 60 estaro liberados. Alunos que perdero a prova escrita ou a prova de bancada, tero direito a fazer uma segunda chamada desde que faam pedido justificado da falta num prazo de 48 horas teis a partir do trmino da prova. A mdia final dever ser tambm igual ou superior a 60.

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  • EXPERINCIA 01

    USO DO OSCILOSCPIO 1- OBJETIVO Familiarizao com o osciloscpio 2- INTRODUO TERICA 2.1- APRESENTANDO O OSCILOSCPIO O osciloscpio um instrumento fundamental para a anlise de circuitos e sistemas eletrnicos e tem sido uma das ferramentas mais importantes para o desenvolvimento de projetos na eletrnica moderna. O osciloscpio de raios catdicos foi inventado em 1897 por Ferdinand Braun, com a finalidade de analisar variaes de intensidade de tenses com o tempo. Foi nesse mesmo ano que J.J. Thomson mediu a razo entre a carga e a massa do eltron. O osciloscpio passou a ser comercialmente vivel somente em 1905, quando Welhnet desenvolveu um tubo de raios catdicos. Basicamente, um osciloscpio capaz de produzir num anteparo uma imagem que representa graficamente um fenmeno dinmico, tais como: pulso de tenso, tenso que varie com o tempo, descarga de um capacitor ou indutor, etc. Os fenmenos podem se repetir numa certa freqncia, ou ento podem ser nicos, ocorrendo por um s instante somente uma nica vez. Alguns osciloscpios podem permitir a visualizao de fenmenos lentos que durem alguns segundos, ou fenmenos rpidos que ocorram milhes de vezes por segundo. Os tipos mais comuns de osciloscpios tem uma faixa de freqncia que vai de 20 a 100 MHz, e normalmente so os mais empregados no desenvolvimento de projetos na indstria moderna. Para visualizar os sinais eletrnicos com preciso, os osciloscpios possuem controles e alguns recursos adicionais que podem variar com a sofisticao do modelo. Nos mais simples, possvel sincronizar os sinais apenas com uma base de tempo interna ao instrumento, enquanto que em outros isso pode ser estendido a bases externas. Osciloscpios mais sofisticados utilizam circuitos de sincronismos digitais que so verdadeiros computadores. Nestes, alm de se poder digitalizar uma imagem, tambm possvel realizar clculos com os dados que foram armazenados. Alguns desses osciloscpios so capazes de apresentar, numericamente, valores de pico, freqncia, perodo, e at mesmo, eventuais distores que possam ocorrer com um sinal analisado. O funcionamento de um osciloscpio se baseia na deflexo de um feixe de eltrons e posterior coliso do mesmo contra uma tela fluorescente. Esta tela sensibilizada emite luz visvel na forma de um ponto. A deflexo do feixe eletrnico ao longo da direo vertical d a resposta ao sinal de entrada e na horizontal, a dependncia temporal do mesmo. Como resultado, tem-se uma construo grfica bidimensional, similar ao um sistema de eixos cartesianos. O elemento principal de um osciloscpio o tubo de raios catdicos que, entretanto, necessita de uma srie de circuitos auxiliares para controlar o deslocamento do feixe eletrnico, desde sua gerao at o ponto onde atinge a tela fluorescente. 2.2- O TUBO DE RAIOS CATDICOS (TRC) uma espcie de vlvula na qual os eltrons emitidos de um ctodo aquecido se deslocam na forma de um feixe estreito at a coliso contra a tela fluorescente. Como mostrado na Fig. 1.1 um tubo de raios catdicos possui os seguintes elementos [01][02] : filamento, ctodo, grade de controle, anodo de acelerao e focalizao, placas de deflexo vertical e horizontal, e tela fluorescente. O filamento consiste de um fio de resistncia adequada, alojado no interior do ctodo e o elemento responsvel pela emisso de eltrons. O filamento emite eltrons quando aquecido por efeito Joule ao ser submetido a uma tenso c.a., da ordem de 6.3V. O ctodo possui um potencial altamente negativo, constitui-se de uma superfcie metlica cilndrica, e a partir dele que os eltrons so fortemente acelerados em direo ao nodo.

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  • ANODO DE FOCALIZAO FILAMENTO AQUECIDO

    CATODO

    ANODO DE ACELERAO GRADE DE CONTROLE PLACA DE DEFLEXO VERTICAL

    PLACA DE DEFLEXO HORIZONTAL

    FEIXE ELETRNICO

    TELA FLUORESCENTE

    Fig.1.1- Tubo de raios catdicos com seus elementos integrantes. A grade de controle regula a passagem de eltrons procedente do ctodo nodo. Constitui-se de um cilindro metlico com um orifcio circular no fundo e possui o mesmo potencial que nodo. Quando o potencial dessa grade controlado, verifica-se uma variao no brilho da imagem sob a tela do osciloscpio. O nodo de focalizao e de acelerao possui um formato cilndrico com pequenos orifcios para a passagem do feixe eletrnico. Possuem um alto potencial positivo em relao ao ctodo, para que os el