Teoria
A Lei de Ohm relaciona as três principais grandezas elétricas mais utilizadas na eletrodinâmica, Tensão, Intensidade de Corrente Elétrica e Resistencia. Ela mostra que em um circuito fechado a intensidade da corrente elétrica que percorre o circuito é diretamente proporcional a tensão aplicada sobre ele e inversamente proporcional à resistência total do circuito, ou seja, quanto maior a tensão maior será a intensidade da corrente, mas quanto maior for a resistência menor será a corrente.
Este principio é simples, porém extremamente essencial para toda a área tecnológica elétrica contemporânea, pois todos os projetos elétricos hoje em dia a utilizam sem exceção, desde uma lanterna até o projeto de um computador, essa vasta importância pode ser percebida no Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM), que todo ano cobra recorrentemente questões relacionadas a esse tema.
Nessa nossa experiência iremos manter fixos os receptores do circuito e modificar a tensão externa aplicada ao circuito e observar visualmente através do LED o que ocorre com a intensidade da corrente elétrica que circula pelo circuito.
Objetivos
O objetivo principal da realização dessa experiência é demonstrar visualmente para o aluno o funcionamento da Lei de Ohm, mostrando-lhe que através da intensidade do brilho do LED que a intensidade da corrente elétrica circulante por um circuito está diretamente associada a tensão elétrica externa aplicada sobre o mesmo. Porém outras competências secundárias também podem ser desenvolvidas e alcançadas com este experimento tais como:
Desenvolver a Capacidade de Interpretar Esquemas Elétricos Desenvolver a habilidade de montar circuitos elétricos Simples. Relacionar teoria com a Prática.
Material utilizado
1 Pront o Board (Opcional. A Pront o Board é utilizada apenas por razões estéticas e de praticidade para montar o circuito, porém ela não é algo indispensável para esse experimento caso o professor nem a instituição de ensino tenham).
1 Resistor de 470Ω Fios pequenos e finos
1 LED de Alto Brilho (Preferencialmente Branco ou Vermelho, pois são as cores de LED’s que tem a maior intensidade de brilho, consequentemente facilitam a visualização).
Bateria de 9V
4 Pilhas de 1,5V (foram utilizadas pilhas AA por serem mais práticas e baratas, porém o experimento pode ser realizado por qualquer pilha de 1,5V).
Descrição
Este circuito é composto por um resistor, um LED e pilhas (ou bateria) associados em serie formando um circuito fechado. Iniciamos a prática associando ao circuito duas pilhas AA em serie, totalizando 3V e mostramos para a turma a intensidade do brilho do LED somente com essas duas pilhas. Pedimos que eles tentem memorizar a intensidade do brilho. Em seguida acrescentamos mais duas pilas AA em serie, totalizando uma tensão de 6V ao circuito e mostramos novamente o LED para a turma e pedimos que eles comparem o brilho atual do LED com o brilho anterior e em geral a maioria da turma consegue perceber a que nessa situação o LED brilha mais intensamente.
Por fim substituímos as pilhas por uma bateria de 9V exclusivamente com o fim de simplificar o circuito, pois senão seriam necessárias muitas pilhas para gerar a tensão de 9V. Por fim mostramos novamente o circuito para a turma e pedimos que eles comparem novamente as intensidades dos brilhos.
A função do resistor nesse circuito é dar uma queda de tensão e limitar a intensidade da corrente elétrica que circula pelo LED para que ele Não queime, isso é necessário porque o LED é um componente semicondutor e por isso quando ele é polarizado diretamente apresenta uma resistência interna baixíssima, próxima de zero, logo se ele for ligado sozinho a fonte de alimentação, a fonte irá trata-lo como um curto circuito fornecendo assim a máxima corrente que ela puder fornecer e consequentemente queimando o LED.
Por esse motivo o resistor deve permanecer durante todo o experimento em serie com o LED.
Esse experimento foi proposto para ser utilizada em sala de aula, porém para que ela seja plenamente satisfatória é necessário atentar para algumas observações. A primeira delas é quanto a luminosidade da sala, deve ser possível escurecer a sala de maneira tal que todos os alunos possam ver o brilho do LED independentemente da posição, para isso sugere-se apagar as luzes, fechar as janelas e o que mais puder ser feito para diminuir a luminosidade no ambiente. A segunda coisa que se deve atentar é quanto ao modelo do LED, deve-se utilizar LED de alto brilho para garantir uma maior luminosidade dele.
Se mesmo cumprindo essas observações não for possível a observação adequada do brilho do LED por todos da turma o professor deve pensar em formas adequadas para contornar isso.
Seguindo em ordem crescente de dificuldade e custo, sugerimos inicialmente que o professor tente primeiramente manter todas as configurações e especificações descritas aqui e associar outros LED’s em PARAELO com o LED original, pois assim haverá mais de uma fonte luminosa produzindo brilho. Geralmente isso já contorna o problema.
Se mesmo assim o problema persistir o professor poderá aumentar ainda mais a quantidade de LED’s, mas para isso ele deverá aumentar as quantidades de pilhas utilizadas.
Outra opção, porém menos viável é utilizar uma fonte de alimentação variável para alimentar o circuito, essa solução é muito técnica e elegante, porém mais dispendiosa, pois uma fonte de alimentação boa está a partir de R$ 200,00.
Por fim como ultima possibilidade o professor pode realizar o experimento com uma lâmpada incandescente e utilizando a tomada como fonte, porém nesse caso ele não poderá modificar o valor da tensão, então para variar o brilho da lâmpada ele pode acrescentar resistores em serie com a lâmpada a fim de aumentar a resistência do circuito e assim modificar a intensidade da corrente que passa pelo circuito. Essa forma é possível ´porém requer diversos cuidados de manuseio para que tudo transcorra perfeitamente bem e em segurança.
Procedimentos
1º Passo - Devemos identificar os terminais positivo e negativo do LED, para isso basta identificar qual o terminal maior do LED, esse terminal corresponde ao terminal positivo do LED, consequentemente o outro é o negativo;
2º Passo – Depois devemos associar o resistor em serie ao LED;
3° Passo – Ligamos o positivo da associação de DUAS pilhas em serie ao lado do circuito em que está o positivo do LED e o lado negativo das pilhas ao lado em que está o negativo do LED no circuito.
A figura 13 a seguir representa o esquema elétrico do circuito em questão
Fig. 13
Esquema elétrico de um circuito Elaborado por Vinícius Lopes
V – Fonte de Alimentação de Corrente continua (Pilhas ou Bateria) R – Resistor
A figura 14 a seguir representa circuito real
Fig. 14
Foto de um circuito elétrico Elaborado por Vinícius Lopes
4º Passo – Observamos a intensidade do brilho do LED.
5º Passo – Após um tempo satisfatório para que todos os alunos possam notar o brilho do LED devemos aumentar a quantidade de pilhas para que elas forneçam 6V e repetimos os 3º e 4º Passos.