FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA
3ª SÉRIE DO ENSINO MÉDIO – Turma 4312
Trabalho Trimestral de Física
Circuito Linearizador
Gustavo Hoffmann (13)
Rodrigo Dias (27)
Vinicius Lima (29)
Prof. Luiz André Mützenberg (orientador)
Novo Hamburgo, setembro de 05
“TRÔ – Duas décadas buscando excelência. 1985-2005”
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SUMÁRIO
SUMÁRIO
2
1 - INTRODUÇÃO
3
2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
4
3 - DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL
16
4 - ANÁLISE DOS DADOS
20
5 - CONCLUSÃO
24
6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
25
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1 - INTRODUÇÃO
Neste trabalho iremos apresentar uma experiência onde linearizaremos um LDR.
Este trabalho visa uma melhor compreensão de conceitos vistos na teoria, que nem
sempre são bem compreendidos. Realizando ele, compreenderemos melhor o
funcionamento de um LDR e também suas possíveis respostas.
No trabalho buscaremos confirmar se através de uma ponte de Wheatstone é
possível conseguir uma corrente elétrica proporcional à intensidade luminosa que
incidirá sobre o sensor, no caso um LDR.
Para conseguirmos este resultado, tínhamos algumas opções: através de
diferentes distancias entre o LDR e a luz, através de polaróides e ainda por diferentes
intensidades de luz colocadas sobre o LDR. A que iremos descrever será a por
intensidades.
Também iremos analisar a mudança de resultados com filtros de cor diferentes
como vermelho, azul e verde.
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2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 - LDR (Light Dependent Resistor)
Foi notado no final do século XIX por Heinrich Hertz que a iluminação de
eletrodos facilitava a produção de descargas elétricas entre eles no vácuo. De fato,
colocando duas placas metálicas ligadas aos pólos de uma bateria dentro de um
recipiente de vidro onde se retirou o ar, não há passagem de corrente elétrica. Na
medida que a placa negativa é iluminada de maneira conveniente, o circuito permite a
passagem da corrente, o que indica liberação de elétrons do metal. O surgimento desta
corrente está associada à freqüência da luz incidente. Se esta freqüência fica abaixo de
um limiar, que depende de cada material, não há passagem de corrente, independente da
intensidade da luz incidente. Este fenômeno foi explicado por A. Einstein em 1905,
considerando a luz como constituída por partículas individuais (fótons), com energias
bem definidas, o que contrapõe ao caráter ondulatório da luz, já bem estabelecido
naquela
época.
O caráter aparentemente ambíguo da luz sendo considerada onda e partícula, foi
fundamental para compreensão de que, a nível atômico e subatômico, a distinção entre
estas características perdem o sentido. Assim, dependendo da observação a ser feita, a
luz pode se manifestar como onda ou como partícula. Sabe-se hoje que outras entidades,
tal como o elétron, também apresentam propriedades ora de partículas, ora de ondas.
Um uso que se faz do efeito fotoelétrico é em um dispositivo que permite a variação da
resistência elétrica dependendo da luz incidente. Este dispositivo é chamado de LDR
(Light
Dependent
Resistor)
e
utiliza
propriedades
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de
materiais
chamados
semicondutores.
Também chamado de célula foto-condutiva, ou ainda de foto-resistência, o
LDR é um dispositivo semicondutor de dois terminais, cuja resistência varia
linearmente com a intensidade de luz incidente, obedecendo à equação R=C.L.a , onde
L é a luminosidade em Lux e C e a são constantes dependentes do processo de
fabricação e material utilizado.
Os materiais foto-condutivos mais frequentemente utilizados na sua construção
são o sulfeto de cádmio (CdS) e o seleneto de cádmio (CdSe).
2.1.1 - Características, Construção e Funcionamento
Conforme mencionamos, os LDRs sofrem influência da luz incidente,
aumentando sua condutividade quando exposto a essa radiação eletromagnética. O
comprimento de onda (l) da luz incidente sobre o LDR tem influência sobre sua
resistência - é a chamada Resposta Espectral. Os LDRs são como o olho humano, não
apresentam a mesma sensibilidade para as mesmas cores de luz. Na figura 17 temos o
traçado gráfico relacionando a sensibilidade de um LDR em função do comprimento de
onda da radiação eletromagnética incidente, comparando-a com a sensibilidade do olho
humano.
O pico de sensibilidade do LDR ocorre aproximadamente em 5100 ângstron.
Nessa faixa de comprimento de onda, a luz é vermelha-alaranjada. Através desse
gráfico, notamos ainda que o LDR é mais sensível do que o olho humano, cobrindo uma
faixa maior de comprimentos de onda, chegando a ser sensibilizado mesmo pelo infravermelho, o que sugere algumas aplicações interessantes para esse componente.
A variação da resistência de um LDR em função de uma variação de
iluminação não se dá instantaneamente. Se o componente for deslocado de uma região
de iluminação para uma região de escuro total, sua resistência não aumentará
instantaneamente, apresentando uma resposta, na prática, em torno de 200K ohms/s
(figura 18).
Isso significa que, estando iluminado de modo a apresentar uma resistência de
1000 ohms (1K), cortando-se essa luz o LDR demora cerca de 5 segundos para atingir a
resistência de 1M ohms.
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Passando o LDR do escuro total para uma região de certa iluminação, verificase uma variação de resistência mais rápida, decrescendo com grande velocidade (cerca
de 10 ms para passar de 1M ohms para 1000 ohms).
Em geral, o tempo de resposta dos LDRs de CdSe é cerca de dez vezes menor
que o tempo de resposta dos LDRs de CdS.
A resistência máxima (no escuro) de um LDR deve ficar entre 1M ohms e 10M
ohms, dependendo do tipo, e a resistência sob iluminação ambiente tipicamente fica
entre 75 e 500 ohms. O gráfico da figura 19 demonstra o comportamento de um LDR de
1 cm em função da intensidade de luz que o atinge (em lux - lx).
Uma forma simples de se verificar essa característica dos LDRs é utilizar um
multímetro em escala de resistência (Rx100). Com o LDR iluminado, o multímetro
deve indicar a resistência mínima (figura 20). Cobrindo-se o LDR, de modo que
nenhuma luz o atinja, sua resistência deve ser máxima (se necessário, utilize a escala
Rx1000 para notar essa variação).
O processo de construção de um LDR consiste na conexão do material fotosensível com os terminais, sendo que uma fina camada é simplesmente exposta à
incidência luminosa externa.
Conforme aumenta a intensidade de luz incidente no LDR, um número maior
de elétrons na estrutura tem também seu nível de energia aumentado, devido à aquisição
da energia entregue pelos fótons. O resultado é o aumento de elétrons livres e elétrons
fracamente presos ao núcleo. Consequentemente, ocorre uma diminuição da resistência.
Uma característica importante do LDR é o fato da variação de sua resistência
frente a uma variação de iluminação independer do sentido de percurso da corrente que
por ele circula. Por isso, é perfeitamente possível o seu emprego em corrente alternada.
Existem LDRs para potências altas e tensões de trabalho tão elevadas que
podemos inclusive utilizá-los diretamente com a tensão da rede AC.
Por ser um elemento semicondutor, o LDR sofre também influência da
temperatura, sendo sua resistência decrescente com a elevação da mesma.
Os LDRS mais comuns são os de 1 cm e 2,5 cm de diâmetro, diferenciando-se
principalmente pela sua capacidade de corrente, já que o LDR com uma superfície
maior, além de apresentar maior sensibilidade também apresenta uma maior capacidade
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de dissipar calor, conseguindo controlar correntes mais intensas. Um LDR de 2,5 cm,
por exemplo, pode controlar diretamente a corrente da bobina de um relé sensível, e até
mesmo lâmpadas de baixa potência (figura 21).
2.1.2 - Conexões Fundamentais de LDRs
Os LDRs raramente são encontrados nos circuitos em configurações que não
formem um divisor de tensão. Na maioria deles, o LDR é participante de um dos ramos
do divisor de tensão, seja no ramo positivo ou no negativo. Dessa forma, toda vez que
houver uma variação da resistência do LDR, seguindo uma variação na intensidade de
sua iluminação, o divisor de tensão também sofrerá variação de tensão em seus ramos,
de forma proporcional.
Se o LDR estiver no ramo positivo do divisor, o aumento da intensidade de
iluminação será responsável pelo aumento da tensão de saída desse divisor, devido à
redução da resistência do LDR.
Se o LDR estiver no ramo negativo do divisor, o aumento da intensidade de
iluminação será responsável agora pela redução da tensão de saída desse divisor,
também em função da redução da resistência do LDR.
Analogamente, as variações de tensão se processam de forma inversa, em
ambos os casos, quando o LDR sofre uma redução na sua iluminação.
O divisor de tensão pode ainda ser composto exclusivamente por dois LDRs
(figura 24), formando então uma conexão diferencial, visto que o potencial de saída do
divisor é proporcional à diferença na intensidade de iluminação de ambos. Se o LDR do
ramo positivo estiver mais intensamente iluminado que o LDR do ramo negativo, o
potencial de saída será maior que U/2. Em situação contrária, esse potencial será menor
que U/2. Com a mesma iluminação, seja ela forte ou fraca, esse potencial teoricamente
deve ser de U/2.
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2.2 - Resistores
Ao adquirir energia cinética suficiente, um elétron se transforma em um elétron
livre e se desloca até colidir com um átomo. Com a colisão, ele perde parte ou toda
energia cinética que possuía, excitando outros elétrons. A energia poderá ser absorvida
na forma de energia térmica pelos átomos que estão em movimento vibratório. Se um
potencial elétrico é aplicado em um condutor, os elétrons têm um aumento em sua
energia cinética e colidem com mais frequência com os átomos, o que aumenta a
temperatura do condutor. Desta forma, quando a corrente elétrica flui em um condutor,
parte da energia potencial elétrica é convertida em energia térmica; assim, sua
resistência não está associada apenas a oposição ao fluxo de corrente, mas também ao
desenvolvimento da energia térmica no condutor. A resistência é, então, uma
propriedade indesejável para os condutores que conduzem a energia elétrica de uma
fonte para uma carga, mas pode ser desejável para outras situações (chuveiro, por
exemplo).
Um componente especificamente projetado para possuir resistência é chamado
resistor. Dependendo do material utilizado, e de suas características físicas e
construtivas, os resistores podem ser de carbono, de fio, de filme ou de semicondutores.
A maioria dos materiais apresenta um aumento da resistência com o aumento
da temperatura e são ditos que possuem um coeficiente positivo de temperatura.
Entretanto, alguns materiais como semicondutores, apresentam uma redução da
resistência com o aumento da temperatura e são ditos que possuem um coeficiente
negativo de temperatura. Os fabricantes de resistores normalmente especificam o
coeficiente de temperatura com variação da resistência em partes por milhão por graus
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Celcius.
O resistor de carbono possui a característica R x T mostrada na figura. É
interessante observar que acima da temperatura ambiente tem-se um coeficiente positivo
de temperatura, mas abaixo da temperatura ambiente tem-se coeficiente negativo de
temperatura.
Um resistor de valor fixo pode ser feito simplesmente enrolando-se um fio
condutor de comprimento e área de seção reta desejados em um núcleo. Tais resistores
de fio são disponíveis comercialmente e são feitos normalmente de níquel-cromo ou
níquel-cobre enrolados em tubo de cerâmica e protegidos contra problemas mecânicos
com uma capa de silicone ou esmalte. Os resistores de fio são usados geralmente
quando se precisa dissipar grandes quantidades de potência.
Um segundo tipo de resistor comercialmente disponível é o de carbono, que
tem sido largamente utilizado na eletrônica. Uma mistura de carbono e ligas é aplicada
como uma capa em um tubo de vidro ou moldada em uma estrutura densa.
Os resistores de carbono são relativamente baratos e disponíveis numa faixa de
potência de 0,1 W a 5 W. O valor de resistência dos resistores de carbono é especificado
por um conjunto de código de cores que aparecem no corpo do resistor. Cada cor
representa um dígito de acordo com a Tabela 1.4.
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Table 1.4: Código de cores de resistores de carbono.
Como pode ser observado na figura, as faixas de cores são lidas a partir da
faixa mais próxima da extremidade do resistor. A primeira e a segunda faixa indicam o
primeiro e o segundo dígito, respectivamente. A terceira faixa indica o número de zeros
que segue os dois primeiros dígitos, exceto quando as faixas ouro e prata são usadas,
que representam os fatores multiplicativos. A quarta faixa indica a tolerância. A
ausência desta faixa significa que a tolerância é de +-20% . A quinta faixa indica que o
resistor possui um dígito a mais na representação de seu valor ôhmico. Por exemplo, se
um resistor possui as faixas nas cores azul, cinza, prata e ouro, o valor de resistência é
0,68 +-20% .
O terceiro tipo de resistor é o de filme (espesso e fino). A indústria eletrônica
define o de filme espesso com um resistor cujo elemento de resistência é na forma de
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um filme com espessura superior a 0,000001 pol. Por outro lado, um resistor de filme
fino possui como elemento de resistência um filme de espessura inferior a 0,000001 pol.
O filme é geralmente aplicado em um núcleo de cerâmica ou na superfície de uma placa
fina de cerâmica, chamada de substrato, por vaporização a vácuo, decomposição
eletrolítica ou pulverização com tinta resistiva. Dependendo do material usado, os
resistores são classificados em filme de carbono, filme metálico ou filme de óxido
metálico.
Outro tipo de resistor utilizado em grande escala em circuitos eletrônicos são
os resistores de semicondutores. Os semicondutores possuem características elétricas
que os classificam entre condutores e isolantes. Se certos materiais, chamados
impurezas, são adicionados ao material semicondutor (neste caso dizemos que o
semicondutor foi dopado), a resistência elétrica se altera e se torna possível obter o
valor de resistência desejado. Este tipo de resistor pode ser fabricado simultaneamente
com outros componentes eletrônicos (tais como diodos e transistores, por exemplo) e
integrados em um pequeno circuito elétrico sem terminais de conexão entre eles (daí a
denominação circuitos integrados. Por outro lado, resistores ou quaisquer outros
elementos individuais de circuito são ditos componentes discretos.
2.2.1 - Resistência Elétrica
É a dificuldade ou oposição que um certo condutor oferece à passagem de
corrente elétrica. Essa dificuldade depende do tipo de material, bem como da
mobilidade das partículas. Na resistencia elétrica só existe a transformação de energia
elétrica em energia térmica (calor). O elemento que transforma integralmente energia
elétrica em calor é denominado resistor.
Unidade:
A unidade utilizada universalmente para a medida de resistencia é o OHM.
Essa unidade de medida foi escolhida em homenagem ao físico alemão " George Simon
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OHM
(1787-1854).
Seus múltiplos mais conhecidos são Quilo-OHM e Mega-OHM
Instrumentos:
O instrumento utilizado para se medir resistencias com precisão quase total é
chamado de Ohmímetro, e deve ser ligado em paralelo com a resistencia, tomando o
cuidado de verificar antes se o resistor está energizado, pois se estiver pode queimar o
aparelho.
Para se medir uma resistência ela deve ter apenas um ponto de contato com
outra, caso contrário você estará medindo ambas.
2.2.2 - 1ª Lei de OHM
O físico George Simon Ohm efetuou diversas experiências no sentido de
verificar a influência da corrente elétrica e da tensão sobre a resistência elétrica.
Através de um detalhado levantamento de dados e uma posterior análise de gráficos,
que mais tarde receberam a denominação de "Curva característica do Resistor", Ohm
enunciou:
“A resistência elétrica de um condutor é diretamente proporcional à tensão
aplicada em seus terminais e inversamente proporcional à corrente que o percorre."
Com isso podemos deduzir a seguinte fórmula: R = V/I
2.2.3 - 2ª Lei de Ohm
George Simon Ohm estudou também os elementos que tem influência sobre a
resistência elétrica, e chegou à conclusão de que a resistência elétrica de um condutor
depende basicamente do material do que ele é feito, do seu comprimento, da sua área de
secção tranversal e de sua temperatura. Para analisar a influência destes elementos Ohm
realizou várias experiências mantendo constante três destes fatores e variando apenas
um por vez.
Influência do Comprimento:
Nesta experiência foram mantidos constantes o tipo de material, sua
temperatura e área de secção transversal, variando-se apenas o comprimento.
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Com isso pode verificar que a resistência elétrica aumentava ou diminuía na proporção
que o comprimento era alterado, chegando à conclusão de que " A resistência elétrica é
diretamente proporcional ao comprimento do condutor ".
Influência da Área de Secção Transversal:
Desta vez foram mantidos constantes o comprimento do condutor, o tipo de
material e sua temperatura, variando-se apenas a secção transversal do condutor.
Verificou-se então que a resistência elétrica aumentava á medida que se diminuía a
secção transversal do condutor vice-versa, chegando-se á conclusão de que " A
resistência elétrica de um condutor é inversamente proporcional a sua área de secção
transversal ".
Influência do material:
Nesta nova experiência foram mantidos constantes o comprimento, a área de
secção tranversal e a temperatura, variando-se apenas o tipo de material
Esta experiência foi realizada, utilizando-se de diversos materiais diferentes, tomando o
cuidado para que não houvesse nenhuma relação entre eles, porém efetuada por mais de
uma vez para cada um dos elementos observou-se que a resistência para materiais iguais
era a mesma em todos os testes e para materiais diferentes a resistência obtida era
diferente. Baseado neste fato, Ohm pode elaborara uma constante de proporcionalidade
para
cada
tipo
de
material,
denominada
"Resistividade
Elétrica"
A resistividade elétrica pode ser definida como a resistência elétrica particular de um
certo condutor com 1 metro de comprimento, 1mm2 de área de secção transversal,
medida em temperatura ambiente constante (utilizada como 20o C ). No sistema
internacional, a medida de resistividade é dada como: "Ohm x Metro". Veja na tabela a
seguir alguns valores de resistividade mais usados.
Resistividade(
Material
o
a 20 C)
Prata
1,6x10-8
Cobre
1,7x10-8
Ouro
2,3x10-8
Alumínio
2,8x10-8
Tungstênio
4,9x10-8
Platina
10,8x10 -8
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Ferro
11x10-8
Constantan
50x10-8
Nicromo
110x10 -8
Sendo assim Ohm enunciou: " A resistência elétrica de um condutor é
diretamente
proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à sua área de secção
transversal ".
Influência da temperatura:
Como já foi dito antes, a resistência elétrica de um condutor é completamente
dependente do tipo de material de que é feito, bem como da mobilidade das partículas
em seu interior. Na maioria das substancias, uma maior temperatura significa uma maior
resistência elétrica, pois com o aumento da temperatura aumenta a mobilidade das
partículas que constituem a substancia, ou seja, aumentam as colisões, mas em menor
intensidade nas ligas metálicas por causa das diferentes ligações químicas, por isso elas
são usadas na fabricação de resistores. Nos líquidos o aumento da temperatura faz com
que aumente a mobilidade dos íons e conseqüente diminuição da resistência. Já no
interior dos metais ocorre um aumento da resistência com a temperatura e o mesmo
ocorre com a grafite e com os condutores iônicos. Podemos concluir então que a
variação da resistência elétrica, com a temperatura, em um condutor depende
diretamente da variação da resistividade elétrica do material de que é feito
2.2.4 - Associação de Resistências
Consiste em determinar um único valor de resistência elétrica, que
numericamente
equivale
à
ligação
de
um
grupo
de
resistências.
Tem como aplicação prática, por exemplo, a obtenção de valores de resistências
(resistores) não existentes comercialmente e a simplificação de circuitos para facilitar
sua solução. A resistência resultante da associação é comumente denominada de
Resistência Equivalente (Req) ou Resistência Total (Rt). É aquela vista pela fonte do
circuito.
Existem três tipos de associações de resistências:
2.2.4.1 - Associação em Série
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É caracterizada por só haver um ponto de ligação entre cada resistência, sendo
que este ponto não pode ser um nó elétrico, isto é, neste ponto não pode haver mais de
dois ramos ligados e nem mais de uma corrente partindo ou chegando. " Em uma
associação em série, a resistência equivalente é igual à soma das resistências existentes
na mesma ".
2.2.4.2 - Associação em Paralelo
Caracteriza-se por haver em cada extremidade do resistor dois ou mais pontos
ligados.
Nesse
caso,
os
pontos
são
necessariamente
nós
elétricos.
" Em uma associação em paralelo o inverso da resistência equivalente é igual à soma
dos
inversos
das
resistências
existentes
na
associação
".
Deve ficar bem claro que a resistência equivalente nesse tipo de ligação será sempre
menor que a menor resistência do circuito.
2.2.4.3 - Associação Mista
Esta associação é constituída de ligações em paralelo e em série, e o método de
resolução mais usado é o cálculo de duas ou mais resistências por vez, dando-se
preferência às ligações em série.
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2.3 - Potênciômetro
O potenciômetro é um componente eletromecânico simples. Converte o
movimento giratório ou linear do operador em uma mudança da resistência, e esta
mudança é usada para controlar qualquer coisa do volume de um sistema de alta
fidelidade ao sentido de um navio de recipiente enorme.
O potenciômetro nós já conhecíamos originalmente como um reostato essencialmente um resistor variável. Pode ser muito difícil para o novato trabalhar para
fora de que tipo é apropriado para uma tarefa dada. O fato que alguns tipos diferentes do
potenciômetro podem ser usados para a mesma tarefa que outros componentes fazem de
uam forma muito mais complexa - a liberdade da escolha é melhor em confundir
quando você não sabe o que as escolhas são realmente, ou porque você deve
simplesmente fazer. Este artigo não está a ponto de cobrir cada aspecto dos
potenciômetros, mas é uma introdução ao assunto.
Muitos dos primeiros resistores variáveis eram um bloco do carbono (ou algum
outro material resistivo) com um contato de deslizamento, ou uma caixa completamente
de granulos do carbono, com um parafuso enfiado para comprimir os granulos. Mais
compressão conduz para abaixar a resistência, e o vice versa. Estes são raros no
equipamento moderno, assim que nós limitar-mos-nos aos tipos mais comuns:
2.3.1 - Potenciômetros e botões básicos
Vamos observar alguns dos tipos comuns do potenciômetro que estão
disponíveis. Figura 1 mostra uma disposição de potenciômetros convencionais - PWB e
montagem do painel.
Figura 1 - Alguns exemplos dos potenciômetros
Anote que estes não devem escalar, embora os tamanhos relativos sejam
possivelmente próximos. A parte das formas e dos tamanhos diferentes do corpo, há
também muito tamanhos "padrão" do furo e do eixo de montagem. Provavelmente de
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todo o mais comum é esse no centro do retrato. Uma montagem do painel,
potenciômetro do diâmetro de 25 milímetros (1"). Isto usa um furo de montagem de
10mm (3/8"), e tem um eixo de 6.35mm (1/4"). Estes potenciômetros foram sendo
usados da mesma forma por 40 anos ou mais.
Amostras do restante de muitas variações disponíveis. Os tipos "fluted' do eixo
são consultados geralmente como "métricos", mas aceitarão um botão 1/4"padrão com
pouco jogo (é menos do que um ajuste perfeito, mas é aceitável se o parafuso for
firmemente bastante). Os potenciômetros métricos estão também disponíveis em 16mm
redondo e em formatos redondos de 25mm.
A maioria de potenciômetros giratórios têm 270 graus de rotação de um
extremo ao outro. Da "um potenciômetro única volta" é conseqüentemente realmente
somente um dispositivo da volta de 3/4, apesar do nome. Há alguns outros tipos
giratórios com somente 200 graus ou assim, e alguns tipos do tipo especial podem ter
menos do que aquele outra vez.
Primeiramente, nós necessitamos continuar com a examinação dos tipos
básicos.
2.3.2 - Botões
A seguir amostra rápida dos botões.
Figura 2 - Alguns exemplos dos botões
Destes, somente um merece menção especial - esse na esquerda. Este é um
multi "readout vernier" da volta (análogo neste caso) para um potenciômetro padrão.
Usado tipicamente com wirewound da precisão ou os potenciômetros plásticos
condutores, estes usaram-se ser comuns no equipamento onde os ajustes muito exatos (e
repetíveis) foram requeridos. São caros, mas em seu dia a dia eram quase
indispensaveis. Agora, um medidor digital do painel é mais barato, e considerou muito
mais moderno "high-tech" - tal é o progresso.
O restante são botões perfeitamente ordinários, e outra vez, é mas uma amostra
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muito pequena daquelas disponíveis de uma variedade dos fabricantes. A maioria de
botões baratos são plásticos, mas estão disponíveis com inserções de bronze, no
alumínio contínuo (escovado, etc.), plásticos com um escudo exterior do alumínio fino
ou apenas uma inserção. A lista é infinita, mas as citadas acima já são o bastante.
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3 - DESENVOLVIMENTO
Em experiências já realizadas nós identificamos o comportamento de um LDR, e
podemos ver que a relação entre luminosidade e resistência não é linear (proporcional),
então com um circuito eletrônico é proposto que confirmemos a possibilidade de
construir um “fotômetro” de consiga ter uma resposta linear de um LDR.
Para isso usaremos uma ponte de Wheatstone, lâmpada, fonte, multímetro, lentes
e cartolina para diminuir a área que vai haver luz sobre o LDR.
Abaixo o circuito de Wheatstone:
3.1 - Experimento
Montamos a ponte de Wheatstone em uma proto-board, a lâmpada foi
posiciona em um suporte emprestado no laboratório, calibramos a fonte variável,
também emprestada pelo laboratório de física, para 9 Volts. Entre a lâmpada e o LDR,
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posicionamos uma lente de 150mm de diâmetro e outra de 100mm. Esta de 100mm foi
sendo trocada durante a experiência por lentes coloridas (branca, vermelha, azul e
verde), afim de analisar a mudança que ocorreria com filtros de cores diferentes.
Calibramos o circuito, através dos potenciômetros, para que quando não
houvesse incidência de luz no LDR, a corrente no ramo central fosse praticamente 0 e
que para quando tivéssemos o máximo de luz da lâmpada, a corrente do ramo central
fosse de 2mA.
Para limitarmos a área do LDR onde haveria incidência de luz, cortamos
círculos de cartolina no diâmetro da lente mais próxima do circuito.
Fizemos 5 diferentes, um com um furo circular de 2mm de raio, outra com
furo de 4mm, outra 6mm, outra com 8mm e outra com 10mm(que era o raio do LDR).
Assim para calcularmos a área foi fácil. Apenas utilizamos a fórmula de área de circulo:
A=pi.R²
A1 = pi.(2mm)² = 12,5mm²
A2 = pi.(4mm)² = 50,2mm²
A3 = pi.(6mm)³ = 113,1mm²
A4 = pi.(8mm)² = 201mm²
A5 = pi.(10mm)² = 314mm²
ALDR = pi.(10mm)² = 314mm²
Alente 1 = pi.(150mm)² = 70685mm²
Alente 2 = pi.(100mm)² = 31415mm²
3.2 - Análise dos dados
Com as áreas calculadas anteriormente, medimos os seguintes valores de
corrente no ramo central.
Para medir essa corrente, colocamos um resistor de 100ohms em serie com o
potenciômetro. Com o multímetro na escala de Volts DC, medimos as tensões no
resistor para cada área de luminosidade em cima do LDR. Com a simples lei de Ohm,
calculamos a corrente neste resistor.
Com as áreas calculadas anteriormente, medimos os seguintes valores de
corrente no ramo central.
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Áreas
Lentes
Branca
Vermelha
Verde
Azul
0
0
0
0
0
12,5 mm²
0,5 mA
0,1 mA
0 mA
0 mA
50,2 mm²
0,9 mA
0,4 mA
0,2 mA
0,2 mA
113,1 mm²
1,2 mA
0,8 mA
0,4 mA
0,3 mA
201mm²
1,3 mA
1 mA
0,6 mA
0,5 mA
314 mm²
1,4 mA
1,2 mA
0,8 mA
0,6 mA
A partir da tabela, conseguimos construir os respectivos gráficos:
Em azul a linha traçada com os valores da tabela e em preto a linha de
tendência.
Lente Branca
Corrente (mA)
2
1,5
1
0,5
0
0
100
200
Area (mm²)
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300
400
Corrente (mA)
Lente Vermelha
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
100
200
300
400
300
400
Area (mm²)
Lente Verde
Corrente (mA)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
100
200
Area (mm²)
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Corrente (mA)
Lente Azul
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
100
200
300
400
Area (mm²)
Observando os gráficos acima, percebemos que a linearização não foi perfeita.
Há pequenos erros que alteram os gráficos. Podemos perceber que com os filtros de cor,
o resultado foi mais satisfatório.
Os filtros de cor diminuem a intensidade de luz sobre o LDR, assim a corrente
será mais baixa. Com a corrente mais baixa, os gráficos ficaram mais lineares, o que nos
mostra que com intensidade luminosa pequena o LDR é mais linear. Essa diminuição se
dá porque o LDR depende também do comprimento de onda e cada cor tem um
comprimento de onda diferente, por isso que a resistência muda de uma cor para outra.
Conforme aumenta a intensidade de luz incidente no LDR, um número maior de
elétrons na estrutura tem também seu nível de energia aumentado, devido à aquisição da
energia entregue pelos fótons. O resultado é o aumento de elétrons livres e elétrons
fracamente presos ao núcleo. Conseqüentemente, ocorre uma diminuição da resistência.
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4 - CONCLUSÃO
Após a pesquisa realizada em diversos websites relacionados à Eletrônica e à
Física, conseguimos realizar com êxito a tarefa proposta pelo professor Luiz André
Mützamberg de confirmar se através de uma ponte de Wheatstone é possível conseguir
uma corrente elétrica proporcional a intensidade luminosa que incidirá sobre o LDR. A
primeira parte do trabalho se resumiu a pesquisas e a última parte foi realizada na
semana de 15 à 21 de maio, na qual graças à orientação do professor puderam ser
realizadas todas experiências no Laboratório de Física. Além do que foi pedido,
analisamos os resultados também com filtros de cores diferentes, as quais demonstram
uma linearlização mais perfeita do que a feita simplesmente com a lente normal (como
pôde ser visto nos gráficos do relatório).
Este trabalho nos comprovou mais uma vez que a teoria não se iguala totalmente
à prática, pois revela uma diferença entre os dados previstos pela teoria e os dados
comprovados na experiência. O trabalho também foi de extrema utilidade ao grupo pois
aprimorou o processo de pesquisa e estudo relacionando não apenas com a disciplina de
Física, mas juntamente a disciplina de Eletrônica, levando o grupo a estudar mais
detalhadamente componentes que utilizamos semanalmente nas experiências do curso
técnico.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Optoeletrônica:
Teoria
e
Prática.
Disponível
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Disponível em <http://webfis.df.ibilce.unesp.br/cdf/fimo/efe1/efe.html>. Acessado em
15/05/2005.
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<http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_25.asp>. Acessado em 17/05/2005.
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<http://www.angelfire.com/on/eletron/Eletronica.html>. Acessado em 17/05/2005.
ELLIOT, Rod. Beginners' Guide to Potentiometers . Disponível em
<http://sound.westhost.com/pots.htm>. Acessado em 17/05/2005
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