Roteiro_Física_II_E_2_EXP

7/16/2019 Roteiro_Física_II_E_2_EXP

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONASINSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

MANUAL DE FÍSICA B

Profª. Querem Hapuque

Manaus – AM2010/01



CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO DO RELATÓRIO

FREQUÊNCIAO aluno comparece ao laboratório no horário de acordo com a confirmação de matricula e sua presença é

obrigatória. O aluno faltoso é penalizado duplamente, ou seja, com a própria falta e com a nota zero noexperimento programado.Permite-se um atraso máximo de quinze minutos.

MATERIALO aluno terá que comparecer ao laboratório com o material necessário para aulas dessa natureza, taiscomo papel em branco ou caderno, papel milimetrado, régua, esquadro, lápis, borracha, etc. É útil possuir também uma calculadora de bolso e um relógio - cronometro.

EXPERIÊNCIAS

1 - Resistores Lineares e Não Lineares2 - Lei de Ohm e Resistividade Elétrica

3 – Análise de Circuitos Elétricos – Regras de Kirchhoff 4 – Demonstração da Força de Lorentz5 – Calibração de um Termopar 6 – Campo Magnético

Maiores InformaçõesE-mail: fí[email protected]ção: os relatórios podem ser entregues por e-mail.

Introdução 1 pontoParte Teórica 1 pontoProcedimento Experimental 2 pontosResultados 3 pontosConclusões 3 pontos

mailto:f%C3%[email protected]





CRONOGRAMA DE ATIVIDADES 2010/01

Semana Atividade Observações15/03 – 19/03 Aula Introdutória Apresentação do cronograma. Criação dos grupos.

Discussão sobre: Algarismos significativos, teoriade erros, relatórios, avaliação, comportamento em

laboratório, uso de equipamento, etc.22/03 – 26/03 Experiência 129/03 – 02/04 Entrega do Relatório 1 05/04 (sexta-feira) – Feriado: Paixão de Cristo

Discussão sobre os erros mais comunsapresentados nos relatórios.

05/04 – 09/04 Experimento 2 Aula sobre elaboração de gráficos.12/04 – 16/04 Entrega do Relatório 2

Experiência 319/04 – 23/04 Entrega do Relatório 3 21/04 (4ª – Feira) – Feriado: Tiradentes26/04 – 30/04 Revisão Aula para esclarecimento de dúvidas03/05 – 07/05 PROVA 1

(Experimentos 1,2 e 3)PROVA ESCRITA

10/05 – 14/05 Experimento 417/05 – 21/05 Entrega do Relatório 4

Experimento 524/05 – 28/05 Entrega do Relatório 5

Experimento 6

31/05 – 04/06 Entrega do Relatório 607/06 – 11/06 Revisão Aula para esclarecimento de dúvidas14/06 – 18/06 PROVA 2

(Experimentos 4,5 e 6)PROVA ESCRITA

21/06 – 25/06 Reposição de Experimentos eProvas

Para estudantes com faltas devidamente justificadase comprovadas por documentos.

28/06 – 30/06 Resultado Final Divulgação das Notas



EXPERIÊNCIA 11.1 TÍTULO: Resistores Lineares e Não Lineares

1.2 OBJETIVO: Traça e analisar a curva V = f(i) de elementos resistivos.

1.3 INTRODUÇÃOOs elementos resistivos lineares ou ôhmicos são aqueles para os quais é válida a Lei de Ohm, ou seja, a função potencial elétrico (também denominado de tensão) V = f (i) é linear, o que não se verificar com os elementosresistores não lineares, que possuem uma resistência aparente ( R = V/i) é uma resistência diferencial que variam coma corrente. Este comportamento não linear pode depender de fatores diversos, tais como: temperatura (filamento delâmpadas), iluminação (LDR), tensão (VDR), etc.

1.4 PARTE EXPERIMENTAL

1.4.1 MATERIALFonte CC variável,Voltímetro,Amperímetro,Resistores,Lâmpada incandescenteDiodo.

Figura 1

1.4.2 PROCEDIMENTOMonte a fonte CC, conforme a Figura 1, usando as saídas. Importante:

a) O ponteiro do instrumento não pode ultrapassar a escala. b) Ligue os instrumentos inicialmente nas escalas mais altas e só depois procure a escala apropriada.

2 – Variando convenientemente a tensão de entrada, faça a medida de pelo menos 5 valores de i e V , para o fio deconstante.3 – Repita o procedimento para a lâmpada.4 – Idem para o diodo.

Diodo (10 A)V I (mA)Lâmpada (10A)V I

Resistor (200mA)V I

Fonte

i



1.5 TRATAMENTO DOS DADOSEm papel milimetrado, faço um gráfico V = f (i) para cada um dos elementos resistivos.Determine a resistência aparente e a resistência diferencial para três pontos eqüidistantes da curva.

1.6 QUESTÕESFaça um breve comentário sobre o comportamento dos três elementos resistivos estudados, com base nos resultados

obtidos.

EXPERIÊNCIA 2

2.1 TÍTULO: Lei de Ohm e Resistividade Elétrica

2.2 OBJETIVO: Medir pela relação V/i, a variação da resistência de um condutor linear, em função do comprimento

e área de sua secção transversal.2.3 INTRODUÇÃO Na experiência 1, ficou evidenciado que alguns materiais apresentam, uma resistência linear à passagem da correnteelétrica. São os resistores ôhmicos. Nesta unidade, serão analisadas as influências das variáveis comprimento (L) eárea da secção transversal (S) do condutor sobre a resistência. 2.4 PARTE EXPERIMENTAL

2.4.1 MATERIALFio de constantan (0,2 mm de diâmetro), fonte variável de corrente contínua (transformador, reostato e retificador),voltímetro, amperímetro, fios de conexão, régua, isoladores e garras de montagem.

2.4.2 PROCEDIMENTO1 – Prenda dois isoladores na borda da mesa, distantes 1,000m um do outro, conectando=os com o fio de constantan. Não corte o fio, basta desenrolar o suficiente e deixar o carretel sobre a mesa.2 – Monte a fonte e conecte os medidores3 – Ajuste o reostato, a corrente para i = 0,10A, 0,20A ,...até 0,50A, adotando a tensão V correspondente.4 – Repita o procedimento anterior diminuindo o comprimento do fio de constantan (basta alterar a posição de umdos isoladores) para L = 0,900 m, 0,800m 0,7000m e 0,600m.5 - Volte o isolador para a posição inicial (1,000 m) e repita o procedimento 3 para 1,2,3 e 4 pernas do fio deconstantan (em paralelo).

Voltagem (V)I (A) L = 0,6 m L = 0,7 m L = 0,8 m L = 0,9 m L = 1,0 m 2 Pernas 3Pernas 4Pernas0,100,200,30

0,400,50

2.5 TRATAMENTO DOS DADOS1 - Tabule suas medidas com as respectivas incertezas. INCERTEZA da régua = ½ da menor medida2 - Faça o gráfico cartesiano de V = f(i) para cada uma das séries de medidas. Com uma escolha adequada da escala podem ser feitos 4 gráficos em uma mesma folha.3 - Com os valores de R obtidos, faça o gráfico R =f(L), referente ao procedimento 4 bem como o gráfico R=f(S),relativo ao procedimento 5, onde S é a área da secção transversal do fio. Lembre-se que as áreas são S, 2S, 3S e 4S ,respectivamente.4 - Faça ainda o gráfico R = f(1/S).

2.6 QUESTÕES1 – Discuta o comportamento da relação V/i

2 – Conclua sobre a variação da resistência de um fio em função de seu comprimento e da sua área transversal



3 – Com os dados disponíveis, calcule a resistividade do constatan4 – Generalize suas observações para exemplos concretos, como linhas de transmissão ou instalações elétricas emgeral.

EXPERIÊNCIA 3

3.1 TÍTULO: Análise de Circuitos Elétricos: Regra de Kirchhoff

3.2 OBJETIVO: Determinar as correntes e tensões nos resistores de um circuito por meio das regras de kirchhoff.

3.3 INTRODUÇÃO

Circuitos elétricos simples formados por uma única malha podem ser analisados com base nas regras paraassociações de resistores em série e em paralelo e na relação V = RI. Circuitos mais complexos são analisados maisfacilmente utilizando-se de duas regras – conhecidas como Regras de Kirchhoff – que se baseiam nas leis deconservação de energia e de cargas elétricas.

Há duas definições que se fazem necessário quando se usam as Regras de Kirchhoff: a de nós e a de malhasem um circuito. Um ponto de um circuito a que três ou mais elementos estão conectados é denominado nó e um percurso fechado do circuito é chamado de malha. No circuito mostrado na Figura 1, por exemplo, os pontos B e Esão nós e os percursos ABEFA, BCDEB e ABCDEFA são malhas.

Figura 1 – Circuito Elétrico contendo três malhas – ABEFA, BCDEB e ABCEFA – e dois nós – B e E. Os sentidos das correntes foramatribuídos arbitrariamente.

As regras de Kirchhoff são as seguintes:

A soma das correntes que chega a um nó qualquer do circuito é igual à soma das correntes que saem dessemesmo nó (conservação de carga).

Em uma malha qualquer de um circuito, a soma das forças eletromotrizes das fontes é igual à soma dasdiferenças de potencial nos demais elementos da malha – resistores, capacitores e outros (conservação deenergia).

Para analisar um circuito utilizando-se as Regras de Kirchhoff, é preciso, inicialmente, definir um sentidoarbitrário para todas as correntes existentes nele. Na figura 1, estão indicados os sentidos atribuídos às correntes I e Ie I, respectivamente nas resistências R, R e R.Aplicando-se regra dos nós em B, obtém-se

I1= I2 + I3 (1)e em E, a mesma relação é obtida.

Aplicando-se regra das malhas para a malha ABEFA do circuito representado na figura 1, têm-se

ε1 = I1 R 1 + I2 R 2 (2)

Na malha BCDEB, obtém-se a seguinte relação:

ε2 = - I2 R 2 + I3 R 3 (3)

Resolvendo-se as equações 1, 2 e 3, obtêm-se as correntes I 1, I2 e I3. Se o valor obtido for negativo para umadeterminada corrente ou para uma força eletromotriz, isso indica que o sentido da corrente para ela é o oposto ao quelhe foi atribuído.




3.4.1 MATERIALFonte de tensão ε1 = 6 VCC (tensãocontínua);

Fonte de tensão ε2 = 3 VCC;Multímetro;Painel de conexões;Cabo;Resistores: R 1 = R 2 = 680Ω e R 3 = 1kΩ;



3.4.2 PROCEDIMENTO

Com o multímetro, meça as resistências de todos os resistores e as tensões das fontes. Nessas medidas, cadaelemento deve estar desconectado do circuito.

Com esses valores medidos, use as Regra de Kirchhoff para calcular as correntes I 1, I2 e I3 no circuitorepresentado na Figura1. A seguir, calcule as diferenças de potencial V1, V2 e V3 nos resistores R 1, R 2 e R 3.

Monte o circuito representado na Figura 1.

3.5 TRATAMENTO DOS DADOS1 - Meça as diferenças de potencial e as correntes em cada um dos resistores do circuito. Registre essas medidas, comsuas respectivas incertezas.2 - Compare os valores de correntes e de tensões medidos nos resistores com os valores calculados utilizando asregra de Kirchhoff.



EXPERIÊNCIA 4

4.1 TÍTULO: Demonstração da Força de Lorentz

4.2 OBJETIVO: Estudar o funcionamento da balança de corrente, determinando os parâmetros que influenciam naforça sobre o braço na balança. Aplicar os conceitos envolvidos na Força de Lorentz para calcular a induçãomagnética.

4.3 INTRODUÇÃO

Neste experimento estudaremos o efeito da força de Lorentz através de um arranjo muito útil conhecidocomo balança de corrente. O segmento de um condutor é preso ao braço de uma balança de corrente. O segmento deum condutor é preso ao braço de uma balança e suspenso entre os pólos de um ímã, conforme a Figura 4.1.

Figura 4.1 - Montagem da balança e o condutor

Quando as cargas em movimento (corrente elétrica) passaram pelo condutor que está imerso no campomagnético do imã, cada carga q estará submetida a uma força de Lorentz dada por:

F = q.(v X B),

onde v é o vetor velocidade de cada uma das cargas elétricas no condutor. No ramo horizontal do condutor, v estásempre perpendicular ao campo magnético B, então podemos escrever o módulo da força sobre cada carga i queatravessa o fio condutor como

F = q.v.B

A força total que a balança registrará é dada pela somatória das forças sobre todos os elétrons que atravessam ocomprimento L do fio, que está imerso no campo magnético, isto é,

F = NevB,

onde N é o número médio de elétrons que atravessam o condutor, e é a carga do elétron e v é a velocidade média doselétrons. Como Ne representa a carga total que atravessa o condutor, é possível reescrever o termo Nev em função dacorrente elétrica que atravessa o comprimento do fio L da seguinte forma:

Nev = Il,

e a força total sobre o fio como: F = iLB.

Para casos mais gerai podemos escrever F = iL x B

Suponha que o campo esteja perpendicular ao plano da página (eixo-z) e que o fio esteja no plano da páginae paralelo ao eixo-x, a direção da força será sempre perpendicular ao fio e a B (eixo-y), e o sentido será para cima ou para baixo dependendo do sentido do campo na região entre os pólos do imã, e do sentido da corrente no fio. Destaforma dependendo da corrente i, a força que aparecerá no fio puxará ou empurrará o braço da balança.


4.4.1 MATERIAL

• Balança de corrente;• Fonte CC variável;• Teslametro digital;• Imã formato U;• Fios de conexão;

• Espira, L = 12,5 mm, n =1;

• Espira, L = 25 mm, n = 1;• Espira, L = 50 mm, n = 1;



• Espira, L = 50 mm, n = 2;• Calço dos pólos.



4.4.2 PROCEDIMENTO

1 – Com o arranjo montado. O Calço dos pólos são primeiramente colocados sobre o imã mantendo a distância deaproximadamente 1 cm entre os pólos.2 - Instale a placa de L = 12,5 mm/n=1 no braço da balança, tomando o cuidado de manter o (s) fio (s) horizontalcompletamente dentro da região entre os pólos do imã.

3 - Conecte a placa com fio (espiras) as fitas condutoras flexíveis e estas a um suporte e o suporte a uma fonte detensão.4 - Antes de ligar a fonte, determine a massa da placa utilizando a balança.

*Leitura no seletor da balançaCada graduação no seletor da balança tem um valor de 0,1 g. O vernier adjacente ao seletor quebra este valor emincrementos de 0,01g. Para ler uma medida, leia o valor em grama do mais próximo número a direita do zero devernier de graduação. Adicione a esta medida o valor da graduação do vernier, observando qual a linha na escala dovernier que mais se alinha com a escala a graduação do seletor.

5 - Aumente lentamente a corrente na espira e observe o que ocorreu. A placa é puxada para cima ou para baixo? Por que?6 - De acordo com a sua resposta, modifique as suas ligações para que a placa seja puxada para baixo.7 - Varie lentamente a corrente na placa de intervalos de 0,5A até 5 A e medir a massa aparente da placa utilizando a

balança, para os dez valores de corrente.8 - Repita o passo de 2 a 7 para as outras espiras.9 - Ao terminar desligue a fonte de tensão e meça utilizando o medido de campo magnético, o campo magnéticogerado pelo imã de sua bancada.

4.5. TRATAMENTO DOS DADOS1 - Subtraindo o valor da massa real de cada placa, faça uma tabela de força aplicada na placa para cada valor decorrente para todas as placas.2 - Em uma única escala faça o gráfico de F x i para cada valor de L. Lembre-se que L = 50 mm/n=2 o valor real de Lé de 100 mm. Qual a dependência funcional de F e i obtido experimentalmente? Qual a dependência funcionalesperada?3 - Obtenha o valor do módulo do campo magnético B em cada reta através de sua inclinação e compare com o valor medido com o teslametro.4 - Faça um gráfico de F x L para um valor de corrente fixo e igual em cada uma das placas. Qual a dependênciafuncional de F e L obtida experimentalmente? Qual a dependência funcional esperada?



EXPERIÊNCIA 6

6.1 TÍTULO: Interação entre campos magnéticos e correntes elétricas

6.2 OBJETIVO: Visualizar e analisar os campos magnéticos e suas interações

6.3 INTRODUÇÃOOs pólos magnéticos de um imã, bem como uma ou várias cargas elétricas em movimento (corrente), produzem umaalteração no espaço ao redor, denominado campo magnético. No caso de ser produzido por uma corrente, esse campoé perpendicular á corrente e depende da sua intensidade. O princípio de funcionamento dos aparelhos elétricos estáfundamentado nas interações entre campos magnéticos e correntes elétricas.

6.4 Experimento 1: Linhas de Campo

6.4.1 Material Necessário• Imã de barra• Limalha de Ferro• Folha de papel

6.4.2 Procedimento1 – Coloque uma folha de papel sobre um imã e polvilhe limalha de ferro sobre ela. Faça um croquis do arranjoobservado.2 – Repita o procedimento com dois imãs dispostos colinearmente, distantes 1 a 2 cm um do outro, em todas ascombinações possíveis (verde/vermelho, vermelho/verde e vermelho/vermelho)

6.4.3 Tratamento de Dados:Conclua sobre a disposição das linhas de campo de um imã.

6.5 Experimento 2: Campo Magnético de uma Corrente

6.5.1 Material Necessário• Fonte Variável de CC• Amperimetro• Placa de montagem• Fio de cobre• Imã de barra

6.5.2 Procedimento1 – Monte a fonte usando as saídas de 0 e 1V do transformador e colocando o reostato entre este e o retificador.2 – Faça uma espira de uns 3 cm de diâmetro com um fio de cobre e a coloque na placa de montagem , ligada a fonte,conforme na placa de montagem a Figura 6.5. Ajuste a corrente para 0,8A.3 – Aproxime um dos pólos de um imã dessa espira pelo seu eixo de simetria (perpendicular ao plano da espira).4 – Repita o procedimento anterior, invertendo os pólos de imã e depois a polaridade da corrente.

6.5.3 Tratamento de Dados:Faça uma análise da interação entre campos magnéticos

6.6 Experimento 3: Força produzida por um campo magnético

6.6.1 Material Necessário• Fonte

Variávelde CC

• Amperimetro

• Imã

• Bobina de400 e 1600espiras

• Núcleo deferro

• Dinamômetro

• Barbante• Fios• Hastes• Garras de

montagem

6.6.2 Procedimento1 – Coloque uma bobina de 400 espiras sobre a mesa (com o furo na vertical) esuspenda o imã da barra, preso a um dinamômetro fixo, verticalmente, bem próximo a ela, conforme a figura 6.6. Observe o dinamômetro.2 – Ligue a fonte, ajuste a corrente para o mínimo e, de forma gradual, aumente-aaté 0,8A, sempre observando o dinamômetro.



3 – Repita o procedimento para uma bobina de 1600 espiras4 – Repita novamente os procedimentos 1, 2 e 3, colocando agora um núcleo deferro na bobina. 6.6.3 Tratamento de Dados:Conclua sobre os fatores que influem na força produzida por um campo magnéticogerado por um solenóide.

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