Laboratório de Ciências
1º Aula
CORRENTE ELÉTRICA
MATERIAL A SER UTILIZADO:
– 1 bússola – 1 fio de aço
– solução saturada de bicarbonato de sódio – 2 eletrodos
– cabos: 2 grandes e 4 pequenos com pino banana, 2 grandes com garra jacaré
– fonte de tensão – grafite 0.5
– 4 resistores de 1 kΩ – 2 miliamperímetros
– placa para montagem de circuito com postes de latão
TRAGA PARA A AULA:
A)
Manifestações de corrente elétrica
Às vezes é difícil entender a corrente elétrica porque não podemos ver as cargas elétricas fluindo num condutor tal como vemos água fluindo num rio. Mas a corrente elétrica se manifesta de diversas formas perceptíveis : 1) A passagem de corrente num fio metálico fino pode resultar na elevação de sua temperatura (isto acontece em lâmpadas incandescentes; 2) a passagem de corrente num fio metálico cria um campo magnético ao redor do fio, que pode ser detectado com a ajuda de uma bússola; 3) a passagem de corrente por alguns tipos de soluções salinas é acompanhada por processos químicos que as vezes são facilmente detectáveis. Na primeira tarefa experimental desta aula você poderá visualizar estes três fenômenos.
Tarefa I:
1. Monte um circuito, como mostrado na figura 1. Este circuito contém os seguintes elementos: • Um fio fino de aço esticado ente dois postes de latão.
• Uma bússola
• Uma solução saturada de bicarbonato de sódio com dois terminais metálicos imersos.
Figura 1: Três elementos ligados em série.
2. Descreva (em seu caderno de laboratório) os fenômenos observáveis em cada um dos três elementos (fio, bússola e solução) nas seguintes situações:
a) Com os pontos A e B ligados nas saídas da fonte de alimentação (saídas marcadas com “+” e “-“). A fonte deve ser ligada na rede elétrica, com o botão principal ligado e com todos os quatro botões redondos girados para a direita. Atenção para não queimar a fonte: ligue na tensão correta (110 V ou 220 V)!
b) Com os pontos A e B ligados na fonte, mas na ordem trocada.; c) Com somente um ponto A ou B ligado na fonte;
d) Com o ponto A ligado no ponto B (sem fonte);
e) Com os pontos A e B ligados na fonte e aproximando gradativamente os terminais metálicos dentro da solução até tocar um no outro.
A T E N Ç Ã O:
Após o ítem (e) acima, desligue a fonte e GIRE TODOS OS BOTÕES DE VOLTA PARA A ESQUERDA!!!
B)
Bons caminhos para a corrente e caminhos com obstáculos.
Vimos, nas primeiras experiências, que as manifestações de corrente elétrica só aparecem quando completarmos o caminho para a corrente com fios ou soluções de sais. No item 2 da tarefa I, ficou claro que, todos os efeitos observados, nos três elementos daquele circuito, são mais intensos quando o caminho da corrente dentro da solução de bicarbonato é menor. Então aparentemente a solução funciona como um obstáculo para a corrente. Vamos agora explorar obstáculos para a corrente mais detalhadamente
Tarefa II:
1. Com a fonte temporariamente desligada (botão on/off), monte um circuito com a fonte, fios de laboratório (um deles com conector jacaré), o fio de aço e a bússola como mostra a figura 2. Mantenha o conector jacaré conectado na extremidade do fio de aço (conforme a figura).
2. Ainda com a fonte desligada, gire a bússola de forma que: 1) esta fique contida no plano vertical das espiras (de cobre) que o a envolve e 2) sua ponta branca aponte para o norte.
Figura 2: Circuito com fonte de tensão, bússola e um fio de aço ligados em série.
esquerda).
4. Desligue a fonte novamente e reconecte o cabo anteriormente desconectado. 5. Olhando para bússola, religue a fonte.
6. Espere alguns segundos (talvez minutos) até a posição do ponteiro branco da bússola estabilizar.
7. Anote a posição angular deste ponteiro na primeira linha (em branco) da coluna do meio da tabela abaixo:
8. Mude o ponto de conexão do conector jacaré no arame de aço, para cada um deles espere a estabilização da bússola e anote o ângulo do ponteiro na linha correspondente da tabela até a coluna do meio desta tabela esteja completamente preenchida.
9. Tenha essa tabela em seu caderno.
Posição do conector jacaré Ângulo do ponteiro da bússola
Ângulo do ponteiro da bússola, após substituir um fio por dois em série
No final do fio de aço (como na figura 2)
No meio do fio de aço No início do fio de aço
Cabos conectados diretamente um no outro sem passar pelo fio de aço.
10. Descreva suas conclusões a respeito da relação entre o comprimento do fio de aço pelo qual a corrente passa, a rotação da agulha da bússola e a intensidade da corrente que deve está passando no circuito. 11.Substitua um dos fios de laboratório por dois fios em série. Agora, usando esses dois fios em série, refaça os itens
5 a 8, preenchendo a terceira coluna da tabela.
12.Comparando as duas colunas preenchidas, como você classifica os fios de laboratório? Eles são bons caminhos (bons condutores) ou são obstáculos?
13.Substitua o fio de aço por quatro (três, dois e um ) pedaços de grafite, conforme a figura 3. Observe (e anote no seu caderno) o ângulo do ponteiro da bússola para cada caso.
Figura 3: Grafite como obstáculos
14.Compare os ângulos observados com aquele obtido sem nenhum obstáculo (última linha da tabela). Com justificativa nessa comparação, conclua: O grafite é um “bom caminho” ou um “obstáculo” para corrente?
C) Medidores de Corrente
Cada uma das três manifestações da corrente elétrica que foram vistas na primeira experiência pode ser usada para medi-la quantitativamente. Por exemplo, poderíamos medir quantos mililitros de gás por segundo são gerados num dos arames mergulhados na solução de bicarbonato e poderíamos usar este valor para quantificar a corrente elétrica, ou calibrar a bússola para que o ângulo de rotação de seu ponteiro meça a corrente nas espiras ao seu redor. Existem medidores de corrente, comercialmente disponíveis, que usam o fato da corrente elétrica exercer força magnética sobre imãs. Estes instrumentos usam um fio enrolado numa pequena moldura que é presa numa mola espiral e pode girar em torno de um cilindro de ferro entre os pólos de um imã. A figura 4 mostra um instrumento deste tipo. O nome deste medidor é galvanômetro ou amperímetro de bobina girante.
Estes instrumentos são bastante sensíveis, o que possibilita medir correntes menores. Isto permite substituir os grafites por resistores de maior resistência, como iremos fazer adiante.
Figura 4: Amperímetro de bobina girante. 1- fio enrolado numa moldura, 2- moldura, 3- cilindro de ferro, 4- molas espirais, 5- suporte do eixo de rotação da moldura, 6-imã, 7- escala, 8-ponteiro.
Como usar o amperímetro:
tendo a função de medircorrente, um amperímetro não deve alterar o valor da corrente ao ser
inserido no circuito. Por isto, sua resistência interna deve ser a menor possível. Devido a essa baixíssima resistência interna, ele deve ser
inserido em série,
nunca em paralelo
com um elementoFigura 5: forma correta e errada e errada de se usar o amperímetro.
Tarefa III:
1. Substitua a bússola pelo amperímetro de bobina girante e os grafites por vários resistores comerciais de eletrônica como mostra a figura 6.
Figura 6: Circuito para observar a influência do número de “obstáculos” (pedaços de grafites) sobre a corrente elétrica.
2. Regule o botão da fonte para obter um valor 1.50 V no mostrador da direita.
3. Use um, depois dois, três e finalmente quatro resistores em série e observe os valores indicados no amperímetro.
OBS: Antes de usar o amperímetro, verifique se ele realmente marca zero na ausência de corrente. Se não marcar, tente corrigir o problema girando o parafuso externo próximo ao painel de leitura [peça ajuda ao professor (tutor ou monitor)]. Se for impossível resolver, subtraia esse valor inicial em suas medidas a fim de amenizar os erros.
5. Em seu caderno, anote suas conclusões a respeito da: 1) influência do número de resistores no valor da corrente e 2) dependência (ou não) do valor da resistência com o sentido da corrente.
Tarefa IV:
1. Insira no circuito da figura 6 um segundo amperímetro de bobina girante e compare as leituras dos dois amperímetros.
2. Escolha diversos lugares para inserir os amperímetros no circuito e observe se os valores indicados dependem do lugar. Atenção! Antes de ligar o circuito mostre o arranjo para o professor ou monitor!!!!
D) Fontes num Circuito
Na experiência 2 c) da tarefa I vimos que um circuito tem que ser fechado para haver corrente nele. Isto significa o caminho tem que formar um anel completo. Tal anel completo é chamado de malha. Mas, mesmo tendo uma malha completa não há sempre corrente. Na experiência 2 d) da tarefa I formamos uma malha mas não tinha corrente. É necessário um elemento especial numa malha que provoque a corrente elétrica. Nas experiências que realizamos até agora esse elemento foi um aparato chamado fonte regulável, que precisa ser ligado na tomada. Outras fontes bem conhecidas são as pilhas. Nestas pilhas ocorrem reações químicas que provocam corrente. Nas aulas de Química do Laboratório de Ciências teremos mais informação sobre geração de correntes por reações químicas. Existem também outras formas de gerar corrente:
Experimente: Ligue o amperímetro de bobina girante num solenóide e empurre um imã dentro do solenóide. Observe e descreva o comportamento do fenômeno.
Comentário sobre unidade de corrente
Até aqui negligenciamos as unidades de corrente elétrica. Mas, valores de correntes não são (apenas) números! Para podermos associar um valor de corrente a um número precisamos de uma unidade de corrente. Uma unidade de uma grandeza física é nada mais que um determinado valor da grandeza. Para facilitar a comunicação é conveniente usar valores que possam ser realizados com precisão em qualquer parte do mundo. No caso da corrente elétrica o valor padrão tem o nome de Ampère (nome do físico francês André-Marie Ampère) e é definido com a ajuda da manifestação magnética da corrente.
Para definir a unidade Ampère, usam-se dois fios compridos que levam a mesma corrente. Um fio cria um campo magnético e o outro sofre uma força magnética. A definição de um Ampère é:
Um Ampère (1A) é a corrente estacionária que, quando mantida em dois fios retilíneos paralelos muito longos separados por uma distância de 1 m, produz entre eles uma força de interação magnética, por metro, de 2x10-7N.
