Física. Módulo 5. Volume 4. LABORATÓRIO DE FÍSICA III Marcelo O Donnell Krause

(1)

Ilhéus . 2012

Marcelo O’Donnell Krause

LABORATÓRIO DE FÍSICA III

Física . Módulo 5 . Volume 4

(2)

(3)

Universidade Estadual de

Santa Cruz

Reitora

Profª. Adélia Maria Carvalho de Melo Pinheiro

Vice-reitor

Prof. Evandro Sena Freire

Pró-reitor de Graduação

Prof. Elias Lins Guimarães

Diretor do Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas

Prof. Roberto Carlos Felício

Ministério da Educação

(4)

Ficha Catalográfica

1ª edição | Janeiro de 2012 | 214 exemplares

Copyright by EAD-UAB/UESC

Projeto Gráfico e Diagramação

Jamile Azevedo de Mattos Chagouri Ocké João Luiz Cardeal Craveiro

Capa

Sheylla Tomás Silva

Impressão e acabamento JM Gráfica e Editora

Obra desenvolvida para os cursos de Educação a Distância da Universidade Estadual de Santa Cruz - UESC (Ilhéus-BA)

Campus Soane Nazaré de Andrade - Rodovia Jorge Amado, Km 16 - CEP: 45662-000 - Ilhéus-Bahia. www.nead.uesc.br | uabuesc@uesc.br | (73) 3680.5458

(5)

Coordenação UAB – UESC

Profª. Dra. Maridalva de Souza Penteado

Coordenação Adjunta UAB – UESC

Profª. Dra. Marta Magda Dornelles

Coordenação do Curso de Licenciatura em Física (EAD)

Prof. Dr. Fernando R. Tamariz Luna

Elaboração de Conteúdo

Prof. Me.

Marcelo O’Donnell Krause

Instrucional Design

Profª. Ma. Marileide dos Santos de Oliveira

Profª. Ma. Cibele Cristina Barbosa Costa

Profª. Dra. Cláudia Celeste Lima Costa Menezes

Revisão

Prof. Me. Roberto Santos de Carvalho

Coordenação Fluxo Editorial

Me. Saul Edgardo Mendez Sanchez Filho

EAD . UAB|UESC

(6)

NUSSENZVEIG, H. MOYSÉS. Curso de Física Básica 3 –

Eletromagnetismo. 4. ed. Editora EDGARD BLUCHER.

2002.

TIPLER, P. A. Física: Óptica e Eletromagnetismo. 4. ed. Rio

de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos. Editora S.A., 1990.

Vol.2.

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KENNETH, S. K. Física 3.

4. ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, v. 2, 1983.

(7)

APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA

A disciplina de Laboratório de Física III tem a finalidade e

a capacidade de validar as teorias vistas em Física III. Portanto a

atividade experimental e a teoria devem ser consideradas igualmente

imprescindíveis em qualquer tipo de investigação científica, principalmente

no moderno mundo em que estamos inseridos. Espero que a disciplina seja

capaz de estimular o exercício da dúvida e da crítica, a curiosidade

científica e o prazer da experimentação, fazendo possibilitar, ainda, o

exercício da identificação dos limites teóricos no modelamento físico dos

fenômenos da própria natureza.

O que mais se espera é que esta disciplina possa ser capaz de

desenvolver o espírito científico através da prática e contribuir para a sua

formação acadêmica e profissional como futuro licenciado em Física.

Um ótimo trabalho a todos.

(8)

(9)

SUMÁRIO

AULA 1

COMO APRESENTAR UM RELATÓRIO ...15

AULA 2 INTRODUÇÃO AO ESTUDO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS ...21

Simbologias Utilizadas em Circuitos Elétricos ...23

AULA 3 ELETROSTÁTICA ...31 Experimento 01 Processos de Eletrização ...27 1 INTRODUÇÃO ...27 ATIVIDADE ...28 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...29 Experimento 02 O uso do Gerador de Van der Graff ...31

1 INTRODUÇÃO ...31 ATIVIDADE ...32 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...32 AULA 4 ELETRODINÂMICA I ...31 Experimento 03 Medindo Tensões com o Multímetro ...37

1 INTRODUÇÃO ...37

1.1 Aparelhos de Medida ...38

ATIVIDADE ...39

2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...39

Experimento 04 Medindo Tensões em Circuitos Elétricos ...41

(10)

Experimento 05 Medindo Correntes com o Multímetro ...45

1 INTRODUÇÃO ...45 ATIVIDADE ...46 2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...47 AULA 5 ELETRODINÂMICA II ...49 Experimento 06 Medindo Correntes no Circuito em Série ...51

ATIVIDADE ...52

Experimento 07 Medindo Correntes no Circuito em Paralelo ...55

ATIVIDADE ...56

Experimento 08 Leis de Ohm: Tensão x Corrente ...59

ATIVIDADE ...60

Experimento 09 Carga e Descarga de um Capacitor (RC) ...63

ATIVIDADE ...64

AULA 6 ELETRODINÂMICA III E ELETROMAGNETISMO ...67

Experimento 10 Detecção de Corrente com a Bússola ...69

ATIVIDADE ...70

(11)

Experimento 11

Geração de Energia Elétrica através da Energia Mecânica ...73

OBJETIVO GERAL ...73 REFERÊNCIAS ...74

(12)

O AUTOR

Prof. Me. Marcelo O’Donnell Krause

Licenciado em Física pela UESC - BA, Especialista em

Física pela UFU – MG, Mestre em Física pela UESC -

BA. Professor Substituto do Departamento de Ciências

Exatas e Tecnológicas – DCET/UESC desde 2008.2,

Professor Adjunto da Faculdade de Tecnologia e

Ciências e Professor Titular da União Metropolitana

de Educação e Cultura.

(13)

DISCIPLINA

LABORATÓRIO DE FÍSICA III

EMENTA

O Laboratório de Física III será trabalhado de forma a apresentar ao

discente aplicações dos tópicos que compreendem os temas de Experimentos

visando a solução de problemas experimentais relacionados com o conteúdo

teórico de Física III: (1) Carga e Descarga de um Capacitor; (2) Fenômenos

Transitórios em Circuito RLC; (3) Corrente Alternada; (4) Ressonância em

Circuitos RLC, visando sempre a formação de professores na sociedade

tecnológica, bem como o uso de material didático de baixo custo.

CARGA HORáRIA: 30 horas

(14)

(15)

COMO APRESENTAR

UM RELATÓRIO

1

(16)

(17)

1 COMO APRESENTAR UM RELATÓRIO

As principais características para a elaboração de um bom

relatório referente a uma prática experimental são a objetividade

e a clareza. Ele deve ser escrito de maneira que outro estudante,

baseando-se por ele, possa repetir o experimento sem necessitar

que o autor do texto esteja presente para explicá-lo.

O relatório sempre deve respeitar certos aspectos

e normas indispensáveis para que o leitor possa entender

imediatamente os pontos essenciais do trabalho feito na sala de

aula; ele deve conter o maior número possível de informações

sobre o que foi feito, como foi feito e os resultados alcançados.

A elaboração dos relatórios deve seguir as normas da ABNT

ou da UESC.

Apresentaremos a seguir um modelo básico de

organização para o relatório. Um relatório deve conter as

seguintes partes:

1. Identificação: Deve consistir em uma capa com a indicação

clara do título do trabalho, os nomes dos componentes do

grupo, a turma de laboratório com a respectiva disciplina e a

data da realização da experiência.

2. Introdução: Deve-se expor nesta parte o contexto do

trabalho, a importância do tema, um pequeno histórico, a teoria

envolvida, as correlações com outros assuntos, as fórmulas

que serão apresentadas nos resultados e, se possível, imagens

fotográficas ou figuras do desenvolvimento do experimento.

Pesquise outros livros e outras fontes para a elaboração da sua

introdução.

3. Objetivos: Nesta parte deve-se apresentar, de forma bem

sucinta, os objetivos do trabalho. Podem ser objetivos gerais e

específicos.

4. Materiais e Métodos: Esta parte é dedicada à apresentação

Módulo 4 I Volume 4

17 UESC

Como apresentar um relatório

1

2

(18)

ATENÇÃO

Vide manual de normas técnicas disponível na página da uesc/ead

18

Física

E

A

D

Laboratório de Física II

dos materiais e equipamentos utilizados (apresente todos

utilizados), uma descrição do arranjo experimental montado

e uma explicação minuciosa do procedimento experimental

adotado. É aconselhável mostrar um esboço do aparato

utilizado, para facilitar a compreensão do leitor. Fotografe, se

possível, os materiais utilizados.

5. Resultados e Discussão: Nesta parte é apresentada,

primeiramente, uma tabela com os dados obtidos. Em seguida,

vêm os cálculos, gráficos e discussões. É importante salientar

que é obrigatória a apresentação das equações utilizadas,

de forma que todos os valores apresentados possam ser

recalculados pelo leitor. Não serão considerados resultados

apresentados sem a devida explicação.

6. Conclusões: Esta parte é dedicada à apresentação sucinta

dos principais resultados e das conclusões obtidas no trabalho.

A conclusão deve estar de acordo com os objetivos do

experimento.

7. Bibliografia: Todo relatório deve conter uma bibliografia,

onde são listadas todas as referências consultadas. É importante

que a lista de referências tenha uma formatação uniforme e que

sejam apresentadas as informações essenciais.

(19)

INTRODUÇÃO AO

ESTUDO DE

CIRCUITOS ELÉTRICOS

2

(20)

(21)

1 TENSÃO ELÉTRICA

2 RESISTÊNCIA ELÉTRICA

3 RESISTORES EM SÉRIE

4 RESISTORES EM PARALELO

SIMBOLOGIAS UTILIZADAS EM CIRCUITOS

21 UESC

Introdução ao Estudo de Circuitos Elétricos

2

(22)

5 ASSOCIAÇÃO DE GERADORES EM SÉRIE

6 ASSOCIAÇÃO DE GERADORES EM PARALELO

7 CAPACITOR PLANO

22

Física

E

A

D

(23)

8 CIRCUITO RC

23 UESC

Introdução ao Estudo de Circuitos Elétricos

2

(24)

(25)

ELETROSTÁTICA

3

(26)

(27)

Processos de Eletrização

OBJETIVOS:

• Apresentar aos graduandos as diferentes formas de se eletrizar um corpo inicialmente neutro.

• Identificar se um corpo está ou não eletrizado, utilizando-se um eletroscópio de pêndulo.

Experimento 01

1 INTRODUÇÃO

Vamos iniciar o nosso estudo da eletricidade pela

eletrostática, ou seja, fazendo uma análise das cargas

elétricas que se encontram em repouso. Vamos verificar

que muitos materiais, por exemplo, os metais, possuem

elétrons que podem se deslocar livremente, denominados

condutores, enquanto outros, como o plástico e a borracha,

onde os elétrons estão ligados aos átomos mais próximos

e não conseguem se deslocar com tanta facilidade, são

denominados isolantes.

Quando eletrizamos um corpo que está eletricamente

neutro, tornamos diferente o número de cargas positivas

do número de cargas negativas. Isso é possível quando

acrescentamos ou retiramos elétrons do corpo, tendo em

vista que as cargas positivas, os prótons, encontram-se no

núcleo dos átomos, sendo impossível movimentá-las. As

27 UESC

Eletrostática

3

(28)

formas nas quais podemos eletrizar um corpo eletricamente

neutro são:

• Eletrização por atrito. • Eletrização por contato. • Eletrização por indução.

É importante salientar que nos processos de eletrização

não há um movimento de cargas que caracterize uma corrente

elétrica e sim uma distribuição das cargas que já existem no

corpo.

Não é necessário entrar em maiores detalhes sobre os

processos de eletrização, pois estes conteúdos já foram vistos

na disciplina de Física III.

ATIVIDADE

Materiais utilizados

Uma flanela seca ou algum tipo de pano de algodão.

Uma régua de acrílico ou um tubo fino de vidro.

Pedaços de papel de folha de caderno, picado, e uma pequena

bolinha de isopor.

Um carretel de linha.

Um pedaço pequeno de arame.

28

Física

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A

D

(29)

2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

a) Num ambiente, de preferência climatizado, com pouca umidade, lave bem as mãos e seque-as.

b) Pique pedaços de papel sobre uma mesa limpa e seca.

c) Suba num banco de plástico, vestindo um calçado com solado isolante.

d) Atrite o pano seco com a régua de acrílico ou com o tubo de vidro durante, aproximadamente, 1 minuto.

e) Pendure a bolinha de isopor, utilizando um pedaço de linha e o arame. Aproxime a régua ou o vidro, após o atrito da mesma, sem tocar, e verifique o que acontece.

f) Aproxime a régua ou o vidro dos pedaços de papel picado e verifique o que acontece.

g) Se você tocar na bolinha de isopor, verifique o que acontece depois do contato.

h) Elabore um relatório para o experimento.

O autor realizando um processo de eletrização com uma régua de acrílico.

29 UESC

Eletrostática

3

(30)

30

Física

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A

D

Laboratório de Física III

Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

(31)

1 INTRODUÇÃO

Um gerador de Van der Graff é um tipo de gerador

básico que se eletriza por atrito e é composto por uma correia

de material isolante, dois roletes, uma cúpula metálica de

descarga, um pequeno motor elétrico, duas escovas ou

pentes metálicos e uma coluna vertical de apoio. O motor

elétrico gira os roletes, que ficam eletrizados e atraem cargas

opostas para a superfície externa da correia através das

escovas. A correia transporta essas cargas entre a terra e a

cúpula. A cúpula faz com que a carga elétrica, que se localiza

no exterior dela, não gere campo elétrico sobre o rolete

O uso do Gerador de

Van Der Graff

OBJETIVOS:

• Identificar os processos de eletrização através do

GERADOR DE VAN DER GRAFF.

• Verificar a região de campo elétrico em torno do

gerador com uma bolinha de isopor (eletroscópio

de pêndulo).

• “Carregar” eletricamente um aluno isolado sobre

um banco de plástico e verificar as consequências

da eletrização.

Experimento 02

31 UESC

Eletrostática

3

Aula

(32)

32

Física

E

A

D

superior. Assim, cargas continuam a ser extraídas da correia

como se estivessem indo para terra, e tensões muito altas são

facilmente alcançadas. O terminal pode atingir um potencial

de milhares de Volts nos pequenos geradores utilizados para

demonstrações nos laboratórios de ensino. Caso você tenha

a oportunidade de utilizar um gerador de Van der Graff, não

perca tempo, mãos à obra para o experimento a seguir.

ATIVIDADE

Materiais Utilizados

Um gerador de Van der Graff.

Uma bolinha de isopor de 10cm de diâmetro.

Um banquinho de plástico para fazer o isolamento.

a) Tente realizar todo o procedimento num ambiente

climatizado, com pouca umidade no ar, com as mãos limpas e

secas.

b) Inicialmente, com o gerador desligado, aproxime a bolinha

de isopor do mesmo e veja o que acontece.

c) Em seguida, coloque seu antebraço muito próximo, sem

tocar no gerador, ainda desligado, e veja o que acontece.

d) Tire suas conclusões.

e) Ligue o GERADOR DE VAN DER GRAFF, deixe ligado

por alguns minutos.

f) Aproxime a bolinha de isopor, sem tocar no gerador ligado,

e veja agora o que acontece. Faça isso a diferentes distâncias do

gerador ligado.

g) Aproxime o seu antebraço sem tocar no gerador ligado e

veja o que acontece.

(33)

33 UESC

Eletrostática

3

Aula

h) Desligue o gerador e aguarde alguns minutos para que

descarregue.

i) Coloque um aluno de cabelos finos, lisos, limpos e secos

sobre um banco de plástico e em contato com o gerador

desligado. Ligue o gerador e veja o que acontece no decorrer

do tempo.

j) Peça para que os outros alunos de dedos dados (em contato

somente pela ponta do dedo) fiquem em fila, lado a lado, e que

o primeiro deles toque no aluno em contato com o gerador.

k) Elabore um relatório para o experimento.

(34)

34

Física

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A

D

Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

(35)

ELETRODINÂMICA I

4

(36)

(37)

37 UESC

Eletrodinâmica I

4

Aula 1 INTRODUÇÃO

Considere um condutor metálico formado por uma

rede de átomos que contém elétrons livres. Quando não há

um campo elétrico orientado, esses elétrons se deslocam

em direções aleatórias. Esses elétrons podem colidir com

outros elétrons ou com os íons da rede. Esse movimento

é semelhante ao movimento das moléculas de um gás. Ao

submeter o condutor a uma diferença de potencial (ΔV),

aparecerá, dentro desse, um campo elétrico

E

. A partir

de então esses elétrons de condução passam a se mover

ordenadamente, e pode-se dizer que existe uma corrente

elétrica. No SI, a unidade de corrente elétrica é denominada

ampère (A).

Medindo tensões

com o multímetro

OBJETIVO:

• Medir a tensão num circuito simples com o uso

de um multímetro e de diferentes tipos de pares

de fios.

(38)

38

Física

E

A

D

Apesar de no interior do condutor os elétrons estarem

em movimento, define-se o sentido da corrente elétrica como

o sentido do movimento dos portadores de carga positiva.

A diferença de potencial na qual está submetida o condutor

terá diferentes valores para cada tipo de condutor ligado aos

terminais do gerador, isto por que cada condutor tem sua

respectiva resistência elétrica. Devemos lembrar que, mesmo

sendo um condutor elétrico, os fios metálicos oferecem uma

certa resistência à passagem de elétrons, é uma resistência

que pode se tornar significativa dependendo do fio condutor

ligado ao circuito elétrico. Neste momento vamos nos deter,

apenas, em determinar as tensões no circuito através de um

multímetro. É importante o aluno definir no multímetro

qual será a escala a ser utilizada. Lembre-se de que as leituras

serão de valores pequenos para a tensão elétrica. NÃO FAÇA

ATIVIDADES DE CIRCUITOS ELÉTRICOS SEM O

CONHECIMENTO PRÉVIO DAS INTENSIDADES

QUE SERÃO UTILIZADAS. PODE SER PERIGOSO

PARA VOCÊ E PARA SEUS COLEGAS.

1.1 Aparelhos de Medida

Amperímetro

É um dispositivo com resistência interna baixa, de

preferência tendendo a zero, e é ligado em série com os

elementos do circuito para determinar a corrente elétrica que

está circulando pelo mesmo.

Voltímetro

É um dispositivo que possui resistência interna muito

alta, de preferência tendendo ao infinito, e é ligado em paralelo

com o elemento do circuito para determinar a queda de tensão

(39)

39 UESC

Eletrodinâmica I

4

Aula

(voltagem) que está ocorrendo no mesmo.

Materiais utilizados

Uma pilha ou bateria.

Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos

para ligações simples; chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.

Uma fita isolante.

Um multímetro para verificar as tensões.

ATIVIDADE

a) Monte uma tabela para analisar os dados, tais como: Pilha ou

Bateria, fio 01, fio 02, fio 03; V

₀

, V

₀₁

, V

₀₂

, V

₀₃

.

b) Faça uma leitura da tensão elétrica com o multímetro nos

terminais da pilha ou da bateria. Anote o valor obtido. Ajuste o

seletor de escala do multímetro para medir a tensão do circuito

em 20 (DCV).

c) Faça uma ligação com um par de fios nos terminais da pilha

ou da bateria e ligue-os no multímetro.

d) Faça uma leitura da tensão elétrica nos terminais dos fios

com o multímetro. Verifique o valor lido no multímetro neste

caso. O que aconteceu? O valor ficou menor, igual ou maior?

Faça isso para todos os diferentes tipos de fios. Tente justificar

suas respostas. (Lembre-se do princípio da conservação da

energia).

e) Fotografe (pode ser com o celular) os valores obtidos no

multímetro em todos os casos e faça um desenho esquemático

do seu circuito para cada par de fio.

(40)

40

Física

E

A

D

Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

(41)

41 UESC

Eletrodinâmica I

4

Aula 1 INTRODUÇÃO

Tendo o conhecimento de que há uma diferença de

potencial nos terminais de uma pilha e uma diferença de

potencial diferente nos terminais dos fios ligados à pilha ou

bateria, vamos agora medir a tensão no circuito na qual existe

uma lâmpada ligada aos terminais dos fios e determinar

qual é a tensão real que chega aos terminais de uma

lâmpada. NÃO FAÇA ATIVIDADES DE CIRCUITOS

ELÉTRICOS SEM O CONHECIMENTO PRÉVIO

DAS INTENSIDADES QUE SERÃO UTILIZADAS.

PODE SER PERIGOSO PARA VOCÊ E PARA SEUS

COLEGAS.

Medindo tensões

em circuitos elétricos

OBJETIVO:

• Medir a tensão num circuito elétrico simples com o

uso de uma lâmpada de lanterna e um multímetro.

(42)

42

Física

E

A

D

Materiais utilizados

Uma pilha ou bateria.

Fita isolante.

Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e

comprimentos para ligações simples: chame-os de fios 01,

fios 02, fios 03 etc.

Um multímetro para verificar as tensões.

Lâmpadas de lanterna de diferentes potências.

ATIVIDADE

a) Monte uma tabela semelhante ao experimento anterior.

Anexe somente as lâmpadas na tabela: lâmpada 01, lâmpada

02, lâmpada 03.

b) Refaça as leituras conforme o experimento anterior, a sua

pilha ou bateria pode estar com um valor menor, devido ao

uso, da tensão. NÃO USE OS MESMOS DADOS DO

EXPERIMENTO ANTERIOR.

c) Agora ligue uma lâmpada ao circuito e verifique a

tensão no multímetro nos terminais da lâmpada. Repita

este procedimento para todas as lâmpadas e anote os seus

resultados na tabela. Não se esqueça de ajustar o multímetro

para a escala de 20 (DCV).

d) Fotografe (pode ser com o celular) os resultados obtidos

e faça um desenho esquemático para cada caso.

(43)

Multímetro Digital – Fios – Lâmpadas e Pilhas Comuns Módulo 5 I Volume 4

43 UESC

Eletrodinâmica I

4

Aula

(44)

Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

44

Física

E

A

D

(45)

1 INTRODUÇÃO

Conforme vimos anteriormente, a corrente elétrica

corresponde a um fluxo ordenado de elétrons através de um

condutor metálico. O fluxo de cargas através da secção de

uma área transversal durante um intervalo de tempo define

a corrente elétrica. Assim { i = dq / dt }. Ou seja, mede a

rapidez com que a carga flui através do condutor retilíneo.

O sentido da corrente é tomado, por convenção, como

sendo o sentido do fluxo de carga positiva. Num condutor

metálico, quando não há campo elétrico, os elétrons livres

movimentam-se ao acaso, com grandes velocidades, porém

a velocidade média é nula. Porém, quando há um campo

elétrico externo atuando sobre o condutor, os elétrons

sofrem uma aceleração devido a uma força e adquirem

45 UESC

Eletrodinâmica I

4

Aula

Medindo correntes

com o multímetro

OBJETIVOS:

• Medir a corrente elétrica que circula num circuito

simples, fazendo uso de um multímetro e verificar

o comportamento da corrente elétrica em relação

às diferentes resistências oferecidas pelas lâmpadas

associadas ao circuito.

(46)

uma velocidade oposta a do campo elétrico. Essa velocidade é

denominada velocidade de migração e está relacionada com a

corrente elétrica.

Quando fechamos um circuito elétrico ou mesmo um

interruptor de um circuito residencial associado a uma lâmpada,

o filamento resistivo no interior do bulbo passa a ficar sujeito

a uma diferença de potencial que promove o movimento

das cargas elétricas. É sempre muito comum que façamos

a associação das cargas elétricas em movimento (a corrente

elétrica) num condutor metálico, mas podemos analisá-lo,

também, em aceleradores de partículas e monitores de vídeos.

Quando a corrente num circuito não varia é denominada

corrente contínua (cc). Estas correntes são geradas por baterias

e pilhas, ligadas aos resistores (ou lâmpadas) e capacitores. Será

o tipo de corrente que adotaremos em nossos experimentos.

Quando o sentido da corrente varia periodicamente, ela é

denominada corrente alternada (ca). Como um exercício faça

a demonstração da velocidade de migração para o elétron em

movimento.

NÃO

FAÇA

ATIVIDADES

DE

CIRCUITOS

ELÉTRICOS SEM O CONHECIMENTO PRÉVIO

DAS INTENSIDADES QUE SERÃO UTILIZADAS.

PODE SER PERIGOSO PARA VOCÊ E PARA SEUS

COLEGAS.

Materiais utilizados

Uma pilha ou bateria.

Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos

para ligações simples; chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.

Um multímetro para verificar as tensões.

Lâmpadas de lanterna de diferentes potências.

Um amperímetro para medir as correntes.

ATIVIDADE

46

Física

E

A

D

(47)

a) Monte uma tabela semelhante ao experimento anterior.

Anexe somente as correntes na tabela: corrente i

₀₁

, corrente i

₀₂

,

corrente i

_03.

b) Refaça as leituras conforme o experimento anterior, a sua

pilha ou bateria pode estar com um valor menor, devido ao

uso, da tensão. NÃO USE OS MESMOS DADOS DO

EXPERIMENTO ANTERIOR.

c) Agora ligue uma lâmpada ao circuito e verifique a corrente no

amperímetro nos terminais dos fios. Repita este procedimento

para todas as lâmpadas, primeiro com uma, depois com a

segunda e, finalmente, com a terceira. Ajuste o seletor de escala

do amperímetro para a medida de uma intensidade de 10A.

Lembre-se de colocar o amperímetro em série no circuito.

d) Retirando o amperímetro do circuito, estando a lâmpada

ligada, o que acontecerá com a lâmpada? Explique.

e) Faça os cálculos necessários e verifique se a potência de

cada lâmpada corresponde com a potência nominal. Utilize a

equação P

_ot

= V . i.

f) Anote os seus resultados na tabela.

g) Fotografe (pode ser com o celular) os resultados obtidos e

faça um desenho esquemático para cada caso.

h) Elabore um relatório para o experimento.

47 UESC

Eletrodinâmica I

4

(48)

Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

48

Física

E

A

D

(49)

ELETRODINÂMICA II

5

(50)

50

Física

E

A

D

(51)

1 INTRODUÇÃO

Quando duas ou mais lâmpadas estão associadas de

modo que são atravessadas pela mesma corrente e que a

queda de potencial em cada uma delas é dada pelo produto

V

₁

= R

₁

x i e V

₂

= R

₂

x i, dizemos que estão associadas

em série. Neste caso, uma lâmpada com resistência igual

à soma das resistências de cada uma das lâmpadas poderá

substituí-las, sendo chamada de lâmpada com uma

resistência equivalente. Então Req = R

₁

+ R

₂

. NÃO FAÇA

ATIVIDADES DE CIRCUITOS ELÉTRICOS SEM O

CONHECIMENTO PRÉVIO DAS INTENSIDADES

QUE SERÃO UTILIZADAS. PODE SER PERIGOSO

PARA VOCÊ E PARA SEUS COLEGAS.

51 UESC

Eletrodinâmica II

5

Aula

Medindo correntes e

tensões no circuito em série

OBJETIVO:

• Medir a corrente elétrica e a tensão para lâmpadas

em um circuito associadas em série.

(52)

Materiais Utilizados

Uma pilha ou bateria.

Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos

para ligações simples; chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.

Um multímetro para verificar as tensões.

Lâmpadas de lanterna de diferentes potências.

Um amperímetro para medir as correntes.

a) Monte uma tabela semelhante ao experimento anterior.

b) Refaça as leituras conforme o experimento anterior, a sua

pilha ou bateria pode estar com um valor menor, devido ao

uso, da tensão. NÃO USE OS MESMOS DADOS DO

EXPERIMENTO ANTERIOR.

c) Agora ligue uma lâmpada ao circuito e verifique a

corrente no amperímetro, nos terminais dos fios. Repita este

procedimento, colocando todas as lâmpadas, primeiro com

uma, depois com duas e, finalmente, com três. Ajuste o seletor

de escala do amperímetro para a medida de uma intensidade de

10mA (DCA). Lembre-se de colocar o amperímetro em série

no circuito.

d) Retirando o amperímetro do circuito, estando a lâmpada

ligada, o que acontecerá com a lâmpada? Explique.

e) Caso você retire uma das lâmpadas do circuito o que

acontecerá? Explique.

f) Fazendo a leitura com o voltímetro em cada lâmpada, a leitura

será igual ou diferente? E fazendo a leitura com o amperímetro,

a leitura será igual ou diferente? Coloque o amperímetro em

diferentes posições, sempre em série no circuito. As leituras

serão iguais ou diferentes?

ATIVIDADE

52

Físca

E

A

D

(53)

g) Faça os cálculos necessários e verifique se a potência de

cada lâmpada corresponde com a potência nominal. Utilize a

equação P

_ot

= V . i.

h) Anote os seus resultados na tabela.

i) Fotografe (pode ser com o celular) os resultados obtidos e

faça um desenho esquemático para cada caso.

j) Elabore um relatório para o experimento.

Multímetro Digital – Fios – Lâmpadas e Pilhas Comuns

53 UESC

Eletrodinâmica II

5

(54)

Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

54

Físca

E

A

D

(55)

1 INTRODUÇÃO

Quando duas ou mais lâmpadas estão ligadas de

forma que a queda de potencial nas duas é a mesma, dizemos

que a ligação foi feita em paralelo. Esta queda de potencial

será dada por: V = R

₁

x i

₁

e V = R

₂

x i

₂

. Neste caso, uma

lâmpada com resistência igual à razão do produto pela soma

das resistências de cada uma das lâmpadas poderá

substituí-las, sendo chamada de lâmpada com uma resistência

equivalente. Então R

_eq

= (R

₁

x R

₂

) / (R

₁

+ R

₂

). No caso

de existirem mais de 2 lâmpadas a resistência equivalente,

será dada por: 1 / R

_eq

= 1/R

₁

+ 1/R

₂

+ 1/R

₃

+ … + 1/

R

_n

, onde n representará a n- ésima lâmpada associada ao

circuito. No caso de lâmpadas iguais, temos: R

_eq

= R / n,

onde n representa o número de lâmpadas iguais e R o valor

da resistência oferecida por cada lâmpada.

55 UESC

Eletrodinâmica II

5

Aula

Medindo correntes e

tensões no circuito em paralelo

OBJETIVO:

• Medir a corrente elétrica e a tensão em lâmpadas

em um circuito associadas em paralelo.

(56)

Materiais utilizados

Uma pilha ou bateria.

Fita isolante.

Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos

para ligações simples: chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.

Um multímetro para verificar as tensões.

Lâmpadas de lanterna de diferentes potências.

Um amperímetro para medir correntes.

ATIVIDADE

a) Monte uma tabela semelhante ao experimento anterior.

b) Refaça as leituras conforme o experimento anterior, a sua

pilha ou bateria pode estar com um valor menor, devido ao

uso, da tensão. NÃO USE OS MESMOS DADOS DO

EXPERIMENTO ANTERIOR.

c) Agora ligue uma lâmpada ao circuito e verifique a corrente no

amperímetro, nos terminais dos fios. Repita este procedimento

colocando todas as lâmpadas, primeiro com uma, depois

com duas e, finalmente com três. Ajuste o seletor de escala

do amperímetro para a medida de uma intensidade de 10mA

(DCA). Lembre-se de colocar o amperímetro em série no

circuito.

d) Retirando o amperímetro do circuito, estando a lâmpada

ligada, o que acontecerá com a lâmpada? Explique.

e) Caso você retire uma das lâmpadas do circuito, o que

acontecerá? Explique.

f) Fazendo a leitura com o voltímetro em cada lâmpada, a leitura

será igual ou diferente? E fazendo a leitura com o amperímetro,

a leitura será igual ou diferente? Coloque o amperímetro em

diferentes posições, sempre em série no circuito. As leituras

56

Físca

E

A

D

(57)

serão iguais ou diferentes?

g) Faça os cálculos necessários e verifique se a potência de

cada lâmpada corresponde com a potência nominal. Utilize a

equação P

_ot

= V . i.

h) Anote os seus resultados na tabela.

i) Fotografe (pode ser com o celular) os resultados obtidos e

faça um desenho esquemático para cada caso.

j) Elabore um relatório para o experimento.

Multímetro Digital – Fios – Lâmpadas e Pilhas Comuns

57 UESC

Eletrodinâmica II

5

(58)

Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

58

Físca

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A

D

(59)

1 INTRODUÇÃO

Quando aplicamos uma diferença de potencial entre

os extremos de dois condutores geometricamente iguais,

mas constituídos de materiais diferentes, observamos que as

correntes resultantes são muito diferentes. A característica

em destaque, na situação descrita, é a sua resistência

oferecida à passagem da corrente elétrica. Nós podemos

determinar a resistência elétrica de um resistor entre os seus

terminais, aplicando uma diferença de potencial entre esses

pontos e medindo a corrente resultante. A resistência R é,

então, dada por definição: R= V/ I.

Para uma dada diferença de potencial, quanto maior for a

resistência ao fluxo de carga, menor será a corrente.

59 UESC

Eletrodinâmica II

5

Aula

Leis de Ohm: tensão x corrente

OBJETIVO:

• Relacionar as grandezas físicas envolvidas na

primeira Lei de Ohm:

Resistência elétrica, corrente elétrica e tensão

elétrica.

(60)

Materiais utilizados

Uma pilha ou bateria.

Fita isolante.

Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos

para ligações simples: chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.

Um multímetro para verificar as tensões.

Um resistor de resistência elétrica conhecida.

Um potenciômetro.

Um amperímetro para medir correntes.

a) Monte o circuito de forma que o multímetro fique em

paralelo e o amperímetro em série com o resistor. Ligue o

resistor ao potenciômetro e este a uma pilha ou bateria.

b) Explique como devem ser os valores das resistências internas

do amperímetro e do multímetro (voltímetro).

c) Após o circuito estar ligado, gire a chave do potenciômetro

e observe a variação dos valores de tensão e corrente nos

dispositivos de leitura.

d) Defina valores específicos para a tensão, variando-a

uniformemente, tipo: 0,5V, 1,0V, 1,5V e anote os valores

encontrados no amperímetro.

e) Construa um gráfico tensão X corrente e, em seguida,

calcule os valores encontrados para a resistência oferecida pelo

resistor.

f) Compare os valores obtidos com a tangente do ângulo

referente à inclinação da reta no gráfico.

g) Por intuição, em relação ao gráfico anterior, faça o enunciado

da primeira Lei de Ohm.

h) Elabore um relatório para o experimento.

ATIVIDADE

60

Físca

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A

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(61)

Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... Módulo 5 I Volume 4

61 UESC

Eletrodinâmica II

5

Aula

(62)

62

Físca

E

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D

(63)

1 INTRODUÇÃO

Um circuito com um capacitor e um resistor é

denominado circuito RC. Neste caso, a corrente circula

num só sentido, mas o seu valor varia com o tempo. É

o caso, por exemplo, de uma lâmpada de flash de uma

máquina fotográfica: uma bateria carrega um capacitor

através de um resistor em série; após carregado, o capacitor

se descarrega através da lâmpada que ilumina a cena. Em

seguida, o capacitor é recarregado e o procedimento volta a

se repetir.

Carga e descarga de um capacitor (rc)

OBJETIVO:

• Verificar a diferença de potencial no decorrer

do tempo, quando um capacitor é carregado e

posteriormente descarregado.

Experimento 09

63 UESC

Eletrodinâmica II

5

Aula

(64)

Materiais utilizados

Uma associação de pilhas ou uma bateria de 6V.

Uma fita isolante.

Pares de fios de cobre com diferentes diâmetros e comprimentos

para ligações simples: chame-os de fios 01, fios 02, fios 03 etc.

Um multímetro para verificar as tensões.

02 Lâmpadas de lanterna.

Um amperímetro para medir correntes.

Um capacitor eletrolítico de 220μF.

Um cronômetro manual.

a) Monte o circuito de forma que o multímetro fique em

paralelo e o amperímetro em série com o capacitor, e este em

série com as lâmpadas, também em série.

b) Ajuste o seletor de escala do multímetro para 20,0 DCV.

c) Colocar as pontas de prova do voltímetro nos extremos

do capacitor e anotar numa tabela os valores da tensão a

cada instante de tempo. O capacitor deve estar inicialmente

descarregado.

d) Ajustar o amperímetro para 2000μ DCA.

e) Começar a carregar o capacitor e observar a intensidade de

corrente no amperímetro e a tensão elétrica no voltímetro até

chegar a 6,0 V.

f) Explique o comportamento da tensão e da corrente elétrica.

g) Descarregue o capacitor no voltímetro e anote o tempo

necessário para atingir a metade da máxima tensão atingida no

carregamento.

h) Explique o que aconteceu, comparando os dois casos:

carregando e descarregando.

i) Elabore um relatório para o experimento.

ATIVIDADE

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Físca

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65 UESC

Eletrodinâmica II

5

Aula

Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

(66)

(67)

ELETRODINÂMICA III

E ELETROMAGNETISMO

6

(68)

(69)

Detecção de corrente com a bússola

OBJETIVO:

• Detectar a passagem da corrente elétrica

através de um condutor retilíneo,

utilizando-se uma bússola, percebendo que há outras

formas de se obter um campo magnético, além

da Terra e do ímã.

Experimento 10

1 INTRODUÇÃO

Quando observamos uma corrente elétrica

atravessando um fio condutor, percebemos a criação de um

campo magnético em torno dele. Isto foi verificado pela

primeira vez por Hans Christian Oersted (1777 - 1851) em

1820, quando foi observado que a agulha de uma bússola

defletia de sua posição de equilíbrio, quando havia próximo

a ela um fio condutor pelo qual passava uma corrente

elétrica. Então, se fizermos fluir num fio condutor uma

corrente elétrica, criaremos em torno deste um campo

magnético. Para ter certeza que o campo magnético foi

criado, basta aproximar uma bússola, que terá o papel de um

aparelho de teste, que vem confirmar a existência ou não do

campo magnético criado pela corrente elétrica que circula

pelo condutor. Como já sabemos, a agulha da bússola é um

69 UESC

Eletrodinâmica III e Eletromagnetismo

6

(70)

pequeno ímã, que é atraído ou repelido quando aproximado

de outro ímã ou de um campo magnético. Portanto, se o

campo magnético foi criado no fio com a passagem da corrente

elétrica, basta aproximá-lo da bússola, sua agulha defletirá da

sua posição, sendo esta atraída ou repelida por este fio.

Materiais utilizados

Uma bússola.

Um par de cabos de ligação.

Um circuito fonte para duas pilhas grandes associadas em série.

Duas pilhas grandes.

Uma bobina com 22 espiras e diâmetro de 60mm.

a) Montar o experimento conforme a figura a seguir.

b) Ligar o circuito com a bússola paralela ao fio condutor.

c) Qual o comportamento da bússola?

d) Comentar o que foi observado.

e) Inverter o sentido da corrente, e observar o comportamento

da bússola.

f) Elaborar um relatório para o experimento.

ATIVIDADE

Imagem do experimento para detecção do campo magnético criado por um fio condutor junto à bússola. (UFU - MG)

70

Física

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Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... Módulo 5 I Volume 4

71 UESC

6

(72)

(73)

Geração de energia elétrica

através da energia mecânica

OBJETIVO GERAL:

Neste momento, o aluno deverá ser capaz de

elaborar um experimento para ser apresentado em

aula que envolva os princípios do eletromagnetismo,

com objetivos, introdução teórica, material

utilizado e procedimento experimental, bem

como, apresentá-lo em aula. Após a apresentação,

o aluno deverá entregar o modelo do experimento

com um relatório.

Seguem imagens de um experimento desenvolvido

na disciplina de Introdução à Física (UESC - BA),

onde o movimento mecânico de uma manivela

acoplada ao motor de um leitor de CD é capaz

de acender lâmpadas de LED. O experimento foi

realizado pelo aluno Rômulo Santos Moreau, do

curso de Bacharelado em Física 2012.1.

Experimento 11

73 UESC

6

(74)

1. Tipler, Paul A. e Mosca, Gene, FÍSICA para Cientistas e

Engenheiros Volume 2 Eletricidade e Magnetismo, Óptica, Ed.

LTC, Rio de Janeiro, 2009

2. Zemansky, Sears e Freedman, Young E. Física III

Eletromagnetismo, Ed. Addisson Wesley 2009

3. Halliday, David, Resnick, Robert e Walker, Jearl,

Fundamentos de Física Volume 3 Eletromagnetismo, Ed. LTC,

Rio de Janeiro, 2007

4. Serway, Raymond A. e Jewett Jr, John W., Princípios de Física

Volume 3 Eletromagnetismo, Ed. Thomson São Paulo, 2006

5. Machado, Kleber Daum, Teoria do Eletromagnetismo

Volume I, Ed. UEPG, Ponta Grossa, 2004

REFERÊNCIAS

74

Física

E

A

D

(75)

6. Nussenzveig, H.Moysés, Curso de Física Básica 3

Eletromagnetismo, Ed. Edgard Blücher LTDA São Paulo, 1997

7. Alonso & Finn, Física um Curso Universitário Volume II

Campos e Ondas, Ed. Edgard Blücher LTDA São Paulo, 1972

75 UESC

6

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76

Física

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Suas anotações

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...