Experiência Número 03

Instrumentos para Medidas Elétricas

OBJETIVOS

• Compreender o funcionamento do voltímetro e do amperímetro.• Utilizar o voltímetro e o amperímetro para medições em circuitos

simples de corrente contínua.

MÉTODO EXPERIMENTAL

INTRODUÇÃO:

Quase todos os trabalhos que efetuaremos no decorrer destaspráticas de eletricidade e magnetismo envolverão medidas de diferença depotencial e corrente elétrica. Assim sendo, antes de partirmos para ométodo experimental propriamente dito, ou seja, para os procedimentosnecessários à obtenção dos dados experimentais, aprenderemos a utilizarcorretamente o voltímetro e o amperímetro.

Grande parte dos instrumentos de medidas elétricas constaessencialmente de um galvanômetro. Um tipo de galvanômetro muitousado é o de quadro móvel, chamado galvanômetro de D'Arsonval, cujaspartes essenciais estão desenhadas na figura 1.

figura 1

Neste galvanômetro, a corrente elétrica passa pelas molas desuspensão e circula pela bobina que está enrolada num quadro móvel, eimersa em um campo magnético de um ímã permanente. A passagem dacorrente elétrica através da bobina faz com que forças magnéticas atuemsobre a mesma; tais forças podem ser representadas por um binário. Talbinário gira a bobina e o ponteiro solidário à mesma, até uma posição emque o torque do binário defletor é contrabalançado pelo torque das forçasrestauradoras da mola (helicoidal) acoplada à bobina. O torque magnéticodefletor é proporcional à corrente que circula pela bobina móvel.

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Deve-se observar no entanto que, para que o instrumento responda àgrandeza que se quer medir, é necessário que o sistema "medido" forneçaao "medidor" a energia necessária para deslocar suas partes móveis(bobina, ponteiro, etc.). Portanto, o processo de medida provoca umaperturbação na grandeza avaliada. Convém notar que isto não ocorreapenas com circuitos elétricos, sendo uma característica das ciênciasexperimentais. Uma vez que não se pode evitar a modificação introduzidapelo instrumento de medida, procura-se minimiza-la.

É a partir de galvanômetros que se constroem amperímetros evoltímetros.

O AMPERÍMETRO é um disposititivo usado para medir correnteselétricas. A medida será ideal se o instrumento não tiver resistênciainterna, ou seja, se ele constituir um curto-circuito entre os pontos em quese encontrar instalado. Somente nesta condição as correntes e tensões docircuito não serão alteradas pelo medidor.

O amperímetro comum, que aparece esquematizado na figura 2,utiliza um galvanômetro tipo quadro móvel G de resistência interna Rm. Achave seletora, neste caso, põe em paralelo com o galvanômetro resistoresconvenientemente dimensionados denominados "shunts" (do inglês,“shunt” que significa colocar uma parte em paralelo com outra) permitindodesse modo que se varie a escala de leitura de corrente.

figura 2

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O VOLTÍMETRO é um instrumento que mede diferença de potencial(tensão ou voltagem) entre dois pontos de um circuito elétrico. A medidaserá ideal se o instrumento tiver resistência interna infinita, ou seja, se eleconstituir um circuito aberto entre os pontos em que se encontrarinstalado. Somente nesta condição as correntes e tensões do circuito nãoserão alteradas pelo medidor.

O voltímetro comum, que aparece esquematizado na figura 3, utilizaum galvanômetro tipo quadro móvel G de resistência interna Rm que,através da chave seletora, é posto em série com resistores internosconvenientemente dimensionados. Tais resistores são denominados“resistências multiplicadoras”, permitindo, desse modo, que se varie aescala de leitura de tensão.

figura 3

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Os procedimentos:

Um cuidado preliminar na utilização de um voltímetro consiste na escolhada escala adequada para a leitura. Quando se conhece o valor máximo datensão a ser medida, tal escolha é imediata. Quando isso não for possível,coloca-se a chave seletora no fundo de escala máximo. A seguir, reduz-se ofundo de escala até se obter uma deflexão razoável do ponteiro, depreferência com leitura acima da metade da escala. Outro cuidado quedeve ser tomado é com a polaridade.

Monte o circuito que aparece na figura 4.

figura 4

Sendo de 10 Volts a fonte utilizada, coloque o voltímetro na escalaconveniente. Meça as diferenças de potencial V01, V02, V03 e V04, operandosempre na mesma escala. Anote os resultados na tabela 1 do relatório. Calcule teoricamente as diferenças de potencial V01, V02, V03 e V04 , edetermine os erros percentuais dos valores medidos em relação a essesvalores calculados. Anote os resultados na tabela 1 e responda a questãoque se encontra na página 1 do relatório.

Nesta e em outras práticas onde o amperímetro é utilizado numcircuito que contém uma fonte de tensão, o máximo cuidado é necessáriopara evitar a inutilização do instrumento. Um amperímetro jamais deve ser ligado diretamente aos terminais de uma fonte de tensão . Omotivo é que, em geral, a resistência interna do amperímetro é de baixovalor, implicando uma corrente elevada no mesmo quando ligado a fontede tensão.

Quando o estudante tiver a sua disposição uma fonte de tensãoajustável, é recomendável, também, antes de ligar a chave da fonte detensão, deixá-la ajustada no valor de tensão zero. Este procedimentopermitirá evitar danos maiores, nos casos em que, por alguma razão, o

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circuito tenha sido montado de modo inadequado. Após ligar a chave da fonte de tensão, os instrumentos,

principalmente os amperímetros, devem ser observados à medida que atensão for ajustada para valores crescentes. Se o amperímetro for levadobruscamente ao fundo da escala, desligue prontamente a chave da fonte,confira o seu circuito e, se não encontrar a falha, chame o professor paraajudá-lo. Outra precaução que se deve tomar é, sempre que for possível,estimar o valor da corrente no seu circuito e colocar o instrumento naescala adequada. Quando esta estimativa não puder ser feita, deve-seutilizar a maior escala do instrumento. Entretanto, após estar seguro quenão se está ultrapassando os limites do amperímetro, a leitura deverá serfeita na escala adequada, isto é, aquela que permite a maior deflexão doponteiro, sem, porém, ultrapassar o limite da mesma.

Observe o circuito da figura 5 e, por meio de um cálculo simples,determine a escala conveniente do amperímetro. Apresente este cálculo napágina 2 do relatório. Coloque o amperímetro nesta escala conveniente, emantenha-a para todas as medidas com este circuito.

Monte o circuito da figura 5, obedecendo à polaridade indicada, istoé, ligando o terminal (-) do amperímetro ao terminal negativo da fonte e oterminal (+) do amperímetro ao ponto marcado (+) do conjunto deresistores. Anote o valor da corrente na tabela 2 do relatório.

Figura 5

Ponha em curto-circuito um dos resistores e meça o novo valor dacorrente no circuito. Anote o resultado na tabela 2 das folhas de relatório.Proceda da mesma forma para os outros dois resistores. Curto-circuitedois dos três resistores e meça novamente a corrente elétrica no circuito,anotando o resultado na tabela 2 do relatório. Faça a mesma coisa para osoutros dois pares de resistores. Jamais curto-circuite todos osresistores. Calcule teoricamente as correntes elétricas que foram objetode medida no circuito da figura 5. Calcule os erros percentuais dos valoresmedidos em relação aos valores calculados. Anote os resultados no localapropriado da tabela 2. Responda as questões das páginas 2 e 3 dorelatório.