Este experimento se presta a dois
tipos de abordagem:
Para os alunos que nunca viram
como funciona uma associação de resistores, o objetivo é
tão somente ilustrar o papel dos resistores num circuito elétrico
e também a forma como estes resistores podem ser arranjados dentro
do circuito. Pois estes se comportam de maneira diferente quando se muda
o tipo de arranjo. Os dois tipos de arranjo possíveis, com dois
resistores, serão ilustrados e comparados neste experimento: são
o arranjo ou associação de resistores em paralelo e em série.
Já para aqueles alunos,
que já estudaram ou estão estudando eletricidade, nosso interesse
é reverter uma concepção bastante comum, porém
incorreta que os alunos tem. É comum entre os alunos a idéia
de que uma bateria de tensão constante, como uma pilha comum, libera
para qualquer tipo de circuito a mesma corrente. Ou seja, grande parte
dos alunos acham que uma bateria libera uma corrente constante, o que não
é verdade. Na realidade uma bateria libera para o circuito uma corrente
apropriada, que depende da necessidade de cada circuito.
Contexto
Os resistores de um circuito podem
ser combinados em paralelo ou em série.
Quando a combinação
é feita em paralelo temos que a tensão (ou diferença
de potencial elétrico) entre os terminais das resistências
será a mesma, mas a corrente elétrica que percorre o circuito
é dividida entre as resistências, de forma que a corrente
elétrica total é a soma das correntes que passam pelos resistores.
Já na associação
em série, temos que a corrente entre os terminais das resistências
será a mesma, mas a tensão sobre o circuito é dividida
entre as resistências, de forma que a tensão total é
a soma das tensões em cada resistor.
Porém não se engane:
a corrente elétrica fornecida pela bateria é diferente nos
dois casos.
Idéia do Experimento
Para aqueles que não tem
noções de eletricidade, após a realização
do experimento, fica claro que a intensidade luminosa é diferente
nos dois tipos de associação. As lâmpadas brilham mais
na associação em paralelo do que na associação
em série.
Para aqueles alunos que já
estudaram um pouco de eletricidade, é possivel explicar esse fenômeno
com uma explicação matemática.
Sabemos que o potencial elétrico
entre dois pontos de um circuito é igual ao produto do valor da
resistência elétrica pela corrente elétrica daquele
trecho (V=R.i). Sabemos também que o potencial gerado por uma bateria,
neste caso uma pilha comum, é constante.
Quando associamos os resistores
em série, temos que a corrente que passa pelos pontos onde estão
os resistores, será a mesma em todo o circuito (veja a figura a).
A corrente que passa pelos resistores
(trecho CD) é calculada tomando-se a tensão entre os pontos
C e D e dividindo-se pela resistência total entre os mesmos pontos.
A tensão no trecho CD é
igual à tensão V entre os polos da bateria (AB). Já
a resistência em CD vale R+R=2R. Assim, a corrente no trecho CD vale
i=V/2R.
Já quando associamos os
resistores em paralelo, temos que a corrente que sai da bateria ao chegar
no nó da associação, se divide em duas: i1
e i2. E como neste caso o valor
da resistência é igual para cada resistor (são usadas
duas lâmpadas iguais), a intensidade da corrente em cada ramo do
circuito será a mesma (veja figura b).
A corrente que passa pelo resistor
do trecho CD é calculada da mesma forma que na associação
em série. A tensão no trecho CD é igual a tensão
V entre os polos da bateria (AB). Já a resistência em CD vale
R. Assim, a corrente no trecho CD vale i1=V/R.
Analogamente, a corrente que passa
pelo resistor do trecho EF é calculada da mesma forma que na associação
em série. A tensão no trecho EF é igual à tensão
do trecho CD, que é igual à tensão V entre os polos
da bateria (AB). Já a resistência em EF vale R. Assim, a corrente
no trecho EF vale i2=V/R.
Com esta análise matemática
podemos concluir que a corrente que atravessa cada resistor, quando associados
em série é igual a V/2R e quando associados em paralelo é
igual a V/R. Ou seja, a intensidade da corrente elétrica em cada
lâmpada da associação em série é a metade
da intensidade da corrente elétrica em cada lâmpada da associação
em paralelo. Daí resulta que cada lâmpada individualmente
brilha mais na associação em paralelo do que na associação
em série, visto que o valor da intensidade da corrente elétrica
que atravessa cada uma delas na associação em paralelo é
maior.
Podemos finalizar observando que
a corrente elétrica total fornecida pela bateria é diferente
nas duas associações. Para provar tal fato basta comparar
a intensidade da corrente total do circuito nos dois casos: na associação
de resistores em paralelo, temos duas corrente de valor V/R, totalizando
uma corrente que tem que ser gerada pela bateria de 2V/R. E na associação
de resistores em série temos uma corrente total fornecida pela bateria
de intensidade V/2R. Comparando a intensidade destas corrente vemos que
a intensidade da corrente elétrica na associação em
paralelo é quatro vezes a intensidade da corrente elétrica
na associação em série. (iparalelo
= 4.isérie).
Tabela do Material
Item
Observações
Duas lâmpadas de lanterna (1.2V ou 1.5
V)
Se não houver lâmpadas pequenas,
poderão ser utilizadas outras lâmpadas, mas a voltagem da
bateria deve ser condizente com a voltagem das lâmpadas, ou seja,
não pode ser muito inferior pois corre-se o risco de não
acender as lâmpadas e nem muito superior para não queimá-las.
Duas pilhas de 1.5 V
Fios para conexão
Montagem em Série e em Paralelo
Una duas pihas de 1.5 V. Se você
não possui um suporte apropriado, prenda as pilhas sobre uma mesa
com fita adesiva, de tal modo que o polo negativo de uma esteja em contato
com o positivo da outra. Prenda também com fita adesiva os fios
nos polos positivo e negativo das pilhas
Ligue com fios todos os polos da
associação de pilhas e lâmpadas de acordo com os esquemas
das figuras a) e b).
Esquema Geral de Montagem:
Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia
- UNESP/Bauru