Questão 3 [2,0 pontos]: Com base no que foi estudado na disciplina de Física Geral 3, responda os itens abaixo:
Escreva a Lei de Ohm e desenhe um gráfico que represente um dispositivo ôhmico e um que represente um dispositivo não ôhmico. Justifique os exemplos dados.
Escreva a Lei de Ohm e desenhe um gráfico que represente um dispositivo ôhmico e um que represente um dispositivo não ôhmico. Justifique os exemplos dados.
Passo 1
O enunciado pede três coisas:
- Escrever a Lei de Ohm.
- Desenhar (ou descrever) um gráfico que represente um dispositivo ôhmico.
- Desenhar (ou descrever) um gráfico que represente um dispositivo não ôhmico e justificar por que o exemplo é não ôhmico.
Informações dadas/necessárias:
- Não há números no enunciado; é uma questão conceitual e gráfica.
- Precisa-se justificar os exemplos com base no comportamento
versus .
Passo 2
Vamos lembrar e explicar as grandezas envolvidas (isto é importante para a prova; decorre explicar o que cada símbolo significa):
-
: tensão elétrica (diferença de potencial) medida em volts ( ). -
: corrente elétrica (fluxo de carga) medida em ampères ( ). -
: resistência elétrica medida em ohms ( ).
Explicação curta e intuitiva:
- A tensão
é “a força que empurra” as cargas. - A corrente
é “a quantidade de carga que passa por segundo”. - A resistência
diz o quanto o material/oposição dificulta esse fluxo.
Passo 3
Escrevendo a Lei de Ohm (fórmula) e explicando cada termo:
Significado de cada símbolo na fórmula:
-
é a tensão aplicada ao elemento. -
é a corrente que circula nesse elemento quando se aplica . -
é a resistência elétrica do elemento, constante se o dispositivo for ôhmico.
Rearranjos úteis (que aparecem muito em provas):
Interpretação: para um dispositivo ôhmico a razão
é constante (independe de
ou
) e vale
.
Passo 4
Como representar graficamente um dispositivo ôhmico:
- No gráfico pondo a tensão
no eixo vertical e a corrente no eixo horizontal (eixo : ; eixo : ), a relação linear aparece como uma reta. - A inclinação (slope) da reta é precisamente
. Uma reta mais inclinada (maior subida em para cada unidade de ) representa maior resistência.
Desenho esquemático (texto/ASCII) — eixo vertical:
, eixo horizontal:
V
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||_____________> I
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| /
||_____________> I
Explicação do desenho: é uma reta passando pela origem; se traçar dois pontos
e
essa reta satisfaz
e, para um ôhmico ideal,
.
Passo 5
Justificativa física para o exemplo ôhmico:
- Exemplos típicos: resistor metálico de fio, resistor de carbono (em faixa de temperatura moderada), condutor metálico em condições estáveis.
- Por quê? Porque nessas situações a resistividade do material e a temperatura permanecem aproximadamente constantes para a faixa de tensões/correntes consideradas, fazendo com que a corrente seja proporcional à tensão — daí a relação linear
.
Passo 6
Como representar graficamente um dispositivo não ôhmico:
- Um dispositivo não ôhmico não segue
com constante; a curva versus é não linear. - Exemplos de formas típicas: curva que “acurva” (aumenta a inclinação com
) quando a resistência cresce com temperatura; curva exponencial no caso de diodo; etc.
Desenho esquemático de um não ôhmico (por exemplo lâmpada incandescente — resistência aumenta com temperatura):
V
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| __
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| /
| /
| /
|/_______________> I
^
| __
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| /
| /
|/_______________> I
Explicação do desenho: a curva está inclinada, mas não é uma reta — a inclinação varia com
. Para a lâmpada incandescente a curva é suave e curva para cima: quando
aumenta, a potência dissipada aquece o filamento, a resistividade do metal do filamento aumenta com a temperatura, então a resistência efetiva cresce e a curva fica mais “íngreme” conforme
cresce.
Outro exemplo de não ôhmico (diodo) — curva típica
versus
(mais comum desenhar
em função de
, mas a ideia é a mesma: não linearidade e assimetria):
- No sentido direto, corrente cresce muito rápido depois de uma tensão de limiar.
- No sentido reverso, corrente é quase zero até ocorrer avalanche (comportamento fortemente não linear).
Passo 7
Justificativa física para os exemplos não ôhmicos:
- Lâmpada incandescente: o filamento aquece quando passa corrente e sua resistividade aumenta com a temperatura. Logo
não é constante; cresce com . Por isso o ponto não fica sobre uma reta. - Diodo (componente semicondutor): a corrente depende das propriedades de junção e segue aproximadamente a equação de Shockley na região direta:
onde
é a corrente de saturação,
carga do elétron,
constante de Boltzmann e
temperatura. Claramente não há proporcionalidade linear simples entre
e
.
Passo 8
Comentário prático útil para prova — como diferenciar ôhmico de não ôhmico em laboratório ou exercício:
- Meça dois pares
e . Se (dentro da precisão), o dispositivo é ôhmico (mesmo ). - Se a razão variar, o dispositivo é não ôhmico. Alternativamente, plote
versus : reta → ôhmico; curva → não ôhmico.
Passo 9
Conceito extra (que costuma aparecer em prova): resistência dinâmica para não ôhmicos. Para pequenas variações ao redor de um ponto de trabalho, define-se
que é a “resistência efetiva” para pequenos sinais — útil para analisar circuitos com componentes não lineares linearizando por partes.
Passo 10
Resumo prático (o que escrever/desenhar na prova; memorizável e objetivo):
- Escrever a Lei de Ohm:
. - Desenhar um gráfico ôhmico: reta passando pela origem em
versus , inclinação . - Desenhar um gráfico não ôhmico: curva não linear (ex.: lâmpada — curva côncava para cima; diodo — curva exponencial assimétrica).
- Justificar com: “ôhmico →
constante; não ôhmico → depende de ou (efeitos de temperatura, propriedades de semicondutor, ionização, etc.).”
Resposta
Gráfico ôhmico: reta passando pela origem no plano
(eixo vertical) versus
(eixo horizontal); a inclinação da reta é
.
Gráfico não ôhmico: curva não linear no plano
versus
(ex.: lâmpada incandescente — curva que se torna mais íngreme com
porque
aumenta com a temperatura; diodo — comportamento exponencial, assimétrico).