RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA 005 DISPOSITIVOS ÔHMICOS E NÃO ÔHMICOS

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS



CRISLAINDE ROCHA MACHADO







RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA 005
DISPOSITIVOS ÔHMICOS E NÃO ÔHMICOS













Belo Horizonte - MG
2016

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS



CRISLAINDE ROCHA MACHADO







RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA 005
DISPOSITIVOS ÔHMICOS E NÃO ÔHMICOS





Relatório sobre a aula prática 005 do dia 29 de fevereiro sobre dispositivos ôhmicos e não ôhmicos apresentado ao professor José Tadeu da disciplina de Laboratório de Física Geral III do curso de Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.





Belo Horizonte - MG
2016


Introdução

Dispositivos ôhmicos são os dispositivos que obedecem a Lei de Ohm, ou seja, a relação V/I é constante para qualquer valor de V, podendo ser chamado de resistor linear ou resistores ôhmicos.
Essa relação V/I constante pode sofrer de uma variação gerada pelo aumento da temperatura que aumenta a resistência elétrica R, como acontece com a lâmpada incandescente. Para esses casos, a curva V x I de um dispositivo ôhmico geralmente é uma parábola.
Como os semicondutores (isolantes que passaram por dopagem tipo n ou p) só respeitam à lei de Ohm para campos elétricos abaixo de certos valores, então quando polarizados diretamente, uma pequena quantidade de Vf é necessária para fazer o diodo (um semicondutor) funcionar e a partir de então a relação entre corrente (I) e tensão (V) torna-se dependente conforme mostra a equação 1:
I=I0.eV/V0 (Equação 1)
Onde o I0 é uma pequena corrente aproximadamente constante quando em polarização direta e V0 é uma constante dada pela equação 2.
V0=2kBtq (Equação 2)
Sendo kB a constante de Boltzmann, q a carga do elétron e T a temperatura absoluta (Kelvin), o que em temperatura ambiente resulta em V0~ 0,052V.


Objetivos:
Observa, usando um circuito simples, o comportamento ôhmico ou não-ôhmico de um resistor de carvão, uma lâmpada e um diodo.

Materiais:

Uma fonte universal de tensão contínua;
Um voltímetro;
Um amperímetro;
Uma lâmpada de 6V;
Um resistor de 47 ;
Um diodo semicondutor;
Cabos de ligação.


Métodos:
Primeiramente, foram zerados o amperímetro, o voltímetro e a fonte de tensão e foi montado o circuito do resistor de 47 conforme a figura 1.

Figura 1: circuito do resistor de 47 .
A partir de então, foi feito uma variação gradual de tensão e anotado o valor da corrente para cada variação.
Os passos anteriores foram repetidos para a lâmpada (figura 2) e o diodo semicondutor (figura 3).

Figura 2: circuito da lâmpada.

Figura 3: circuito do diodo semicondutor.
Para o diodo, foi verificado também o Vf necessário para que o diodo funcione, tendo atenção ao valor máximo de 0,85V para fazer as medições.
Tendo em mãos os dados, foram esses computados em forma de gráficos VR x IR; VL x IL; ID x VD e ln (ID) x VD para serem feitas as considerações.


Análise dos dados

Os dados encontrados podem ser organizados na tabela 1 considerando VR como tensão do resistor de 47 e IR como corrente do mesmo, VL tensão da lâmpada e IL corrente da mesma, ID corrente do diodo e VD como tensão do mesmo.
VR (V) ± 3%
IR (A) ± 3%
VL (V) ± 3%
IL (A) ± 3%
VD (V) ± 3%
ID (A) ± 3%
1
0,022
1
0,11
0,2
0
2
0,045
2
0,155
0,4
0,0003
3
0,064
3
0,195
0,6
0,0018
4
0,087
4
0,23
0,65
0,0051
5
0,11
5
0,255
0,7
0,017
6
0,135
6
0,28
0,75
0,042
-
-
-
-
0,8
0,14
-
-
-
-
0,85
0,3
Tabela 1: dados obtidos a partir da variação de tensão para os diferentes circuitos.
Então o Vf necessária para o funcionamento do diodo foi de 0,65V.
Com os dados apresentados, foram aplicados no programa Scidavis gerando os seguintes gráficos apresentados nas figuras 4, 5 e 6 abaixo.

Figura 4: gráfico VR x IR gerado pelo SciDavis.

Figura 5: gráfico VL x IL gerado pelo SciDavis.

Figura 6: gráfico ID x VD gerado pelo SciDavis.
Assim, pelo gráfico da figura 4, percebe-se que só é possível encontrar uma relação linear para o resistor de 47 , onde a inclinação da reta equivale a resistência de 44,637±0,840 .
Já os gráficos das figuras 5 e 6 não são lineares. O da lâmpada, como esperado, pelo efeito Joule a lâmpada deixou de ter comportamento ôhmico devido ao aquecimento provocar o aumento da resistência, gerando uma curva característica polinomial de segundo grau.
A figura 6 mostra o gráfico do diodo que a curva característica é exponencial conforme a equação 1 já apresentada, isso porque o diodo precisa de uma quantidade de tensão para começar a funcionar (0,7V), ou seja, romper a barreira de isolante para ter comportamento de semicondutor de corrente elétrica.
Desenvolvendo a equação 1, pode se chegar à equação 3 abaixo.
I=I0.eVV0
lnI=ln(I0eVV0)
lnI=ln(I0)+ VV0
Mas sabemos que V0=2kBtq , logo temos:
lnI=ln(I0)+ 2kBtqV Equação 3.
E a partir dessa equação, utilizando o programa SciDavis gera-se o gráfico ln I x V, conforme figura 7.

Figura 7: gráfico lnID x VD gerado pelo SciDavis.


Conclusão
Com a análise dos dados, foi possível perceber que o resistor como um dispositivo ôhmico mantem a resistência R constante para qualquer variação da tensão V.
A lâmpada mostrou comportamento semelhante enquanto a tensão foi menor que 3V, porem, vindo a aquecer já começou a demonstrar comportamento não ôhmico.
O diodo, sendo um semicondutor que depende de 0,7V para funcionar não apresentou comportamento de dispositivo ôhmico.
Possíveis erros de medição por falhas humanas não são desconsiderados.

Referências Bibliográficas
Notas de aula e caderno de atividades de laboratório de Física Geral 3 Eletromagnetismo.