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Questão 2cd: pergunta discursiva do exame de Física Avançada 1 de 2015

Testar se uma lâmpada é não-ôhmica.

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Transcrição de vídeo

RKA2G - Uma lâmpada não é ôhmica se a sua resistência muda em função da corrente. Sua configuração feita na letra (a) pode ser usada ou modificada para determinar se a lâmpada não é ôhmica. Temos aqui a letra (c): "Como a sua configuração precisa ser modificada, caso necessário?" E ainda temos outra questão aqui: "Que dados adicionais, se for o caso, teriam de ser recolhidos?" Vamos nos preocupar com este circuito que a gente montou lá na letra (a). A gente tem a configuração, na qual usamos uma fonte de tensão variável. A gente colocou um resistor aqui, dois amperímetros, um antes e um depois da lâmpada (isso para medir a corrente que entra e a corrente que sai da lâmpada) e a gente também colocou um voltímetro em paralelo com esta lâmpada para medir a diferença de potencial entre a entrada e a saída da lâmpada. Neste caso, a gente quer saber se esta lâmpada não é ôhmica. Para saber se uma lâmpada não é ôhmica, a gente precisa determinar esta resistência e saber se esta resistência vai mudar em função da corrente. Uma forma da gente determinar a resistência é utilizar a primeira lei de Ohm, na qual a gente tem que a tensão (ou seja, a diferença de potencial entre a entrada e a saída da lâmpada) vai ser igual à resistência dessa lâmpada, vezes a intensidade da corrente elétrica que atravessa a lâmpada. Então, se a gente quer determinar a resistência, sabemos que, neste caso, vai ser igual à razão entre a tensão e a intensidade da corrente elétrica. Para saber se esta lâmpada não é ôhmica, a gente precisa alterar essa corrente elétrica. Caso a corrente elétrica se altere e a resistência também se altere, esta lâmpada não é ôhmica. Agora, caso a corrente se altere e a resistência não se altere, esta lâmpada é ôhmica. A gente tem várias formas neste circuito de alterar a corrente elétrica. a gente poderia, por exemplo, alterar esta resistência antes da lâmpada. Isso iria acabar alterando a corrente elétrica que atravessa o circuito. Mas, por sorte, a gente tem uma fonte de tensão variável, uma fonte de tensão ajustável. Se a gente alterar esta tensão, a gente diretamente vai estar alterando a corrente elétrica. Então, a primeira pergunta aqui é: como a sua configuração precisa ser modificada, caso necessário? A gente não precisa modificar esta configuração, porque já temos tudo o que precisamos para saber se esta lâmpada não é ôhmica. Então, temos aqui a letra (c), a primeira questão. A gente precisa alterar o nosso esquema? Não. Podemos colocar que não precisa ser modificado. A nossa configuração não precisa ser modificada. E a gente pode explicar o porquê disso: que a corrente pode ser alterada variando a tensão da fonte. E a resistência pode ser determinada simplesmente calculando a razão entre a tensão e a intensidade da corrente elétrica que entra ou sai desta lâmpada. A tensão, neste caso, entre os pontos de entrada e saída da lâmpada, sobre a intensidade da corrente elétrica. A intensidade da corrente elétrica pode ser tanto a corrente elétrica que entra quanto a corrente elétrica que sai desta lâmpada. E, neste vídeo, vamos assumir que você já fez a experiência e chegou à conclusão que a corrente elétrica que entra é igual à corrente elétrica que sai desta lâmpada. Determinando essas duas coisas, que a gente pode vir aqui e medir no nosso esquema, a gente consegue determinar a resistência da lâmpada. Como vimos, a gente não precisa modificar o esquema, porque a corrente pode ser alterada variando a tensão da fonte. E a resistência da lâmpada pode ser determinada com esta expressão. Vindo aqui e medindo essa diferença de potencial e a corrente que entra, ou a que sai, que vão ser iguais, calculando a razão entre esses dois valores, a gente determina a resistência. A gente pode fazer isso para diversos valores de tensão e diversos valores de corrente e ver se a resistência da lâmpada vai mudar ou não. Já respondemos a primeira pergunta da letra (c). Vamos ver a segunda questão. Que dados adicionais, se for o caso, teriam de ser recolhidos? Neste caso, para determinar esta resistência, a gente teria que fazer uma medida tanto da tensão, da diferença de potencial entre a entrada e a saída desta lâmpada, e a corrente que atravessa a lâmpada. Então, a gente vai medir as diversas tensões na lâmpada para as diversas tensões colocadas na fonte de tensão. Já que a fonte de tensão é ajustável, é variável, você vai colocar diversas tensões aqui e vai medir as diversas tensões na lâmpada para cada uma delas. Depois, você também vai medir... Depois, não. Na verdade, junto a esse processo, você vai medir as diferentes correntes para cada uma destas tensões. Agora que a gente já respondeu a estas duas questões da letra (c), vamos para a letra (d). Vamos ver a letra (d): "Como você pode analisar os dados para determinar se a lâmpada não é ôhmica? Incluir uma discussão de como as incertezas nos voltímetros e amperímetros afetaria o seu argumento para concluir se o resistor não é ôhmico." Vamos ver esta primeira parte. Como podemos determinar os dados para determinar se a lâmpada não é ôhmica? Uma forma de a gente determinar isso é colocar uma tensão, medir a corrente e determinar a resistência. Vamos lá. Inicialmente, a gente vai ajustar uma tensão na fonte de tensão. Vamos colocar isso aqui. Inicialmente, ajustar uma tensão na fonte de tensão e fazer todo este procedimento aqui em cima. Medir de acordo com o procedimento acima. A gente vai usar os dados, tanto de tensão quanto de corrente, para calcular a resistência. Em seguida, ajustar uma outra tensão na fonte de tensão e medir tudo de acordo como está descrito aqui em cima. Novamente, vamos usar esses dados para calcular a resistência. Depois que a gente fizer essas medidas e calcular a resistência, tanto em uma primeira tensão quando em uma segunda tensão, a gente vai conseguir saber se esta lâmpada tem uma resistência ôhmica ou não, ou seja, se esta lâmpada é ôhmica ou não. Podemos, inclusive, colocar o seguinte: a gente sabe que a resistência é a razão entre a tensão e a corrente. Então, podemos dizer que, caso a tensão na primeira medida sobre a corrente na primeira medida seja igual à tensão da segunda medida sobre a corrente da segunda medida, significa que a resistência não mudou. E, se a resistência não mudou, a gente tem aqui uma lâmpada ôhmica. A gente pode dizer que ela é ôhmica. Agora, caso a gente tenha uma tensão 1 sobre uma corrente 1 e o valor disso for diferente da tensão 2 sobre a corrente 2, a gente vai ter uma lâmpada não-ôhmica. E, desta forma, a gente consegue dizer se esta lâmpada é ôhmica ou não. Vamos ver a segunda parte da (d). Incluir uma discussão de como as incertezas nos voltímetros e amperímetros afetariam seu argumento para concluir se o resistor não é ôhmico. A gente precisa tomar muito cuidado com essas incertezas, já que todo instrumento de medida vai possuir uma precisão. No caso do nosso amperímetro, se a gente voltar aqui em cima, a gente tem uma precisão igual a 0,01 ampére, enquanto o nosso voltímetro tem uma precisão igual a 0,1 volt. E essa precisão, quando a gente for fazer os cálculos da tensão sobre a corrente, pode haver um arredondamento de um valor ou do outro. Isso pode afetar o resultado e a gente acabar chegando à conclusão de que um resistor é ôhmico, sendo que ele não é. E o contrário também, acabar chegando à conclusão de que um resistor não é ôhmico, enquanto ele é. Vamos colocar essa discussão aqui. Tomar cuidado com a precisão dos instrumentos de medida, já que pode haver um arredondamento em 0,01 ampére, que é a precisão do amperímetro, ou em 0,1 volt, que é a precisão do voltímetro. E isso pode levar a concluir que um resistor é ôhmico, sendo que, na verdade, ele não é e vice-versa também. Você precisa tomar muito cuidado com os aparelhos de medida, com os instrumentos de medida que você está usando e saber muito bem qual é a precisão desses instrumentos, para que você acabe não cometendo esses erros. Normalmente, em laboratório, sempre quando é feita alguma medida, na verdade, no laboratório não é feita apenas uma medida. São feitas várias medidas para se chegar a um valor mais apurado e, assim, acabar minimizando os possíveis erros que pode haver em uma medição experimental.