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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CCEN – DEPARTAMENTO DE FÍSICA FÍSICA EXPERIMENTAL ll RELATÓRIO 2 – MEDIÇÕES ELÉTRICAS COM USO DO MULTÍMETRO ANA BEATRIZ BARBOSA PEREIRA – 20180125850 João Pessoa/PB 2021 1. Objetivos - Utilizar o Multímetro Digital para medir resistências, voltagens e correntes elétricas; - Verificar que a corrente que passa em cada um dos resistores em uma associação de resistores em série é sempre a mesma; - Verificar que, em uma associação de resistores em paralelo, os mesmos estão sob uma mesma diferença de potencial; - Determinar a resistência equivalente de uma associação de resistores em série e em paralelo. 2. Material - Três resistores em bases de madeira (R1 = 470Ω , R2 = 1KΩ e R3 = 3,3KΩ) - Cabos. - Multímetro Digital. 3. Introdução Chamamos de DDP (Diferença de Potencial), ou tensão, a diferença de carga de elétrons entre dois polos, negativo e positivo. Algebricamente, a tensão pode ser representada como a energia necessária para transportar carga de elétrons de um ponto a outro (V = E/Q, onde V é tensão, E energia e Q a carga dos elétrons) ou, mais comumente conhecida, como o produto da resistência de um circuito pela corrente gerada pela fonte (V = RI, onde R é resistência e I é corrente), a famosa lei de Ohm. A tensão possui como unidade o Volt (V) e pode ser contínua (com valores constantes) ou alternada (com variações entre valores positivo e negativo). Resistência é conhecida como a capacidade que um material tem de se opor a passagem de corrente por um circuito fechado. Sendo assim, afirmamos que a corrente é um resultado da tensão aplicada a um circuito com uma determinada resistência. Material que apresenta essa resistência é chamado de Resistor, cuja a unidade de medida é o Ohm (Ω). Por sua vez, a corrente elétrica possui como unidade o Ampere (A). Para medir essas grandezas em um circuito fechado, utilizamos um multímetro, aparelho capaz de fazer medições elétricas em um circuito fechado. Nesta prática, manuseamos um multímetro digital com o intuito de medir tensão, corrente e resistência em circuitos de resistores série e paralelo. Na medição dos circuitos, utilizamos as pontas de prova do multímetro sobre os pontos de um componente elétrico que pretendemos analisar. Ajustamos a escala para a função que desejamos manusear: Ohmímetro, Voltímetro ou Amperímetro. Uma observação importante é ajustar o multímetro para que o valor da medida esteja sempre acima do valor do componente. Para medirmos fontes de 12 V, por exemplo, utilizamos a escala de 60 V. É importante se atentar as escalas do voltímetro e do amperímetro para evitar que o equipamento queime. Devemos lembrar, também, que, assim como os outros dispositivos elétricos, as pontas de prova possuem duas polaridades. Portanto, adotamos as pontas de prova positiva a pontos de potencial positivo e vice-versa. Para medir o valor de tensão, conectamos as pontas de prova em paralelo com o componente. Já para medir corrente, conectamos as pontas de prova em série. Por fim, para encontrar a escala correta de uma corrente desconhecida, devemos iniciar pela maior escala e, então, ajustá-la para um valor menor que satisfaça a precisão do visor. 4.1. Procedimento 1: Medidas elétricas em uma associação de resistores em série. Inicialmente, regulamos a fonte de tensão utilizada em 10 Vcc. Verificamos com o multímetro para obter o valor exato, chegando a tensão ideal de 10 V. Em seguida, montamos o circuito da seguinte forma: Medimos, então, as tensões sobre cada resistores, como representado na imagem acima. Em seguida, calculamos a resistência total teórica do circuito em série somando as resistências: Req = R1 + R2 + R3 Req = 470 + 1 k + 3,3 k = 4 770 Ω Com a lei de ohm, encontramos a corrente nominal para adotar a escala correta. Neste caso, utilizamos a escala de 6 mA: V = RI I = 10 / 4 770 = 2,096 mA Na tabela a seguir, podemos observar os resultados obtidos nas medições: A partir dos dados obtidos, podemos concluir que a corrente que passa por todos os resistores é a mesma, visto que todos estão em série. O resultado da resistência medida pelo multímetro possui uma leve diferença do valor esperado. Podemos explicar esse resultado por meio da tolerância do resistor, informação fornecida pelo fabricante. 4.2. Procedimento 2: Medidas elétricas em uma associação de resistores em paralelo. Para a segunda parte do experimento, permanecemos com a tensão em 10 V. Medimos a resistência equivalente aos três resistores associados em paralelo representado na figura abaixo. Após isso, calculamos a corrente esperada em cada resistor e a corrente total do circuito, para definir qual escala apropriada adotaríamos para analisar as correntes de cada resistor com o multímetro. Calculando a resistência equivalente: /3500 Corrente em cada resistor: Portanto, as escalas adotadas foram de, respectivamente, 60 mA, 60 A, 6 mA e 60 mA. Calculamos, então, o valor de cada tensão sobre cada resistor fazendo o produto das correntes obtidas pelos seus respectivos valores de resistência. Os valores podem ser conferidos na tabela abaixo: Desta vez, os valores de tensão obtidos apresentaram uma variação maior, devido a uma certa imprecisão na utilização do aparelho. Entretanto, a partir da tabela, podemos tomar como conclusão que a diferença de potencial sobre resistores em paralelo é o mesmo. 6. Conclusão Nesta prática, nos afeiçoamos à utilização correta do multímetro, além de associar os componentes elétricos em série e paralelo. Pudemos medir a diferença de potencial sobre resistores e avaliar a corrente que passa sobre cada um em diferentes tipos de circuito. Concluímos que a tensão aplicada em uma associação paralela é equivalente para ambos os resistores; a corrente que entra em um circuito em série é a mesma que passa por todos os componentes; e, por fim, a corrente fornecida pela fonte que entra em um circuito, do seu maior potencial, é a mesma que sai, pelo seu menor potencial, independentemente de sua associação. 7. Referências Bibliográficas <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/resi stores.php> Acesso em 11 de março 2018. <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/ass ociacaoderesistores.php> Acesso em 14 de outubro 2016. MUNDO DA ELÉTRICA. MATTEDE, Henrique. Tensão Elétrica X Voltagem. Disponível em: <https://www.mundodaeletrica.com.br/tensao-eletrica-x- voltagem/> Acesso em 10 de março 2018. BOYLESTAD, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos - 12ª ed – São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. <https://www.efeitojoule.com/2010/09/circuitos-eletricos-circuito-eletrico.html> Acesso em 11 de março de 2018. FISICA EXPERIMENTAL II Aula pratica 1 — Medições elétricas: circuitos resistivos serie e paralelo Folha de dados: Preencher com caneta, sem rasuras. Deve ser anexada ao relatório. Professor Grupo Matrícula Nome 20180125850 Ana Beatriz Barbosa Pereira Mesa/data 01/10/2021 1. Circuito resistivo em serie 1.1. Escolha aleatoriamente 3 resistores cujas resistências foram determinadas no item 3.1. Denomine o primeiro resistor de R1 e seus terminais de A e B, o segundo resistor de R2 e seus terminais de C e D e o terceiro resistor de R3 e seus terminais de E e F, representados na figura 1 abaixo. Figura 1. Diagrama dos resistores R1, R2 e R3. 1.2. Monte uma associação em série com os 3 resistores escolhidos no item anterior, representados na figura 1 acima. • Faça uma medida indireta da resistência equivalente da associação em série de resistores, calculandoseu valor Req a partir dos valores nominais das resistências obtidos na tabela do item 3.1. • Calcule a incerteza da resistência equivalente da associação em série δReq usando as regras para propagação de incertezas (erros), de acordo com a Teoria dos Erros. • Faça uma medida direta da resistência equivalente, medindo seu valor com o ohmímetro e calculando a incerteza da medida utilizando a fórmula fornecida pelo fabricante, dada na última página dessa folha de dados. • Calcule a diferença percentual (DP), definida no item anterior, entre o valor da resistência equivalente obtido pela medida indireta e o valor obtido pela medida direta. De acordo com a Teoria de Erros, a medida indireta pode ser considerada igual à medida direta? Justifique sua resposta. Tabela 1. Resistência equivalente da associação em série. Medida direta (código de cores) Medida direta (multímetro) Resistência Valor calculado (Ω) Incerteza (%) Valor medido (Ω) Escala Incerteza Diferença (%) Equivalente 4470 Ω 4464 Ω 20k Ω 0,13% 1.3. Monte o circuito abaixo ligando a associação em série de resistores do item anterior com um interruptor e uma fonte de corrente contínua (cc), de acordo com o diagrama da Figura 2 abaixo. Meça o valor da diferença de potencial da fonte e anote o valor: V = 10 V Após a montagem, chame o professor para conferir. NÃO LIGUE A FONTE. Figura 2 – Diagrama para a montagem de um circuito com resistores em série. Circuito contendo fonte de cc, interruptor, 5 fios e 3 resistores. 1.4. Medindo tensões: • Lembre-se que o voltímetro deve ser ligado em PARALELO, nos terminais dos resistores e da fonte, de acordo com o diagrama na figura 3 abaixo. Após a montagem, chame o professor para conferir. NÃO LIGUE A FONTE. • Usando o multímetro meça as diferenças de potencial elétrico (voltagem ou tensão) entre os terminais de cada resistor e entre os terminais da fonte, preencha a tabela abaixo com os valores das medidas. • Calcule as incertezas das medidas de tensão Vcc utilizando a fórmula fornecida pelo fabricante do multímetro, dada na última página. • Verifique a validade da relação entre a tensão na fonte V e as tensões V1, V2 e V3 nos resistores para os valores das medidas realizadas. A relação é válida quando consideramos as incertezas das medidas? Justifique sua resposta. Figura 3 – Diagrama para a medida da tensão nos resistores e na fonte de cc. O voltímetro deve ser ligado em paralelo nos terminais dos dispositivos. Tabela 2. Voltagem (diferença de potencial elétrico) nos resistores em série. Voltagem (Vcc) Medidas com Voltímetro Valor medido (V) Escala (V) Resolução (V) Incerteza (V) V1 0,964 750V 0,001 V2 2,131 750V 0,001 V3 6,900 750V 0,001 1.5. Medindo Corrente: • Lembre-se que o amperímetro deve ser ligado em SÉRIE com os terminais dos resistores e a fonte, substituindo os fios nos pontos indicados no diagrama na figura 4 abaixo. Após a montagem, chame o professor para conferir. NÃO LIGUE A FONTE. • Preencha a tabela abaixo com as medidas das intensidades das correntes elétricas cc (valores e incertezas) IB, ID e IP que passam pelos pontos B, D e P (indicados na figura 4 abaixo), respectivamente, obtidas utilizando o amperímetro. • Calcule as incertezas das medidas de corrente cc utilizando a fórmula dada na última página. • Qual é a relação entre os valores das intensidades das correntes elétricas IB, ID e IP para a associação de resistores. A relação continua válida quando consideramos as incertezas das medidas? Justifique sua resposta. Figura 4 – Diagrama para a medida da intensidade da corrente elétrica cc. O amperímetro deve ser ligado em série com os dispositivos. Tabela 3. Intensidade da corrente elétrica nos pontos B, D e P do circuito serie. Corrente Elétrica Medidas com Amperímetro Valor medido (mA) Escala (mA) Resolução (mA) Incerteza (mA) IB 2,078 20 0,001 ID 2,073 20 0,001 IP 2,071 20 0,001 2. Circuito resistivo em paralelo 2.1. Escolha aleatoriamente 3 resistores cujas resistências foram determinadas no item 3.1, de preferência diferentes das escolhidas no item 5. 2.2. Monte uma associação em paralelo com os resistores escolhidos, como mostrado no circuito abaixo. Meça o valor da diferença de potencial da fonte e anote o valor: V = 10V Após a montagem, chame o professor para conferir. NÃO LIGUE A FONTE. Figura 5 – Diagrama para a montagem de um circuito com resistores em paralelo. Circuito contendo fonte de cc e três resistores em paralelo 2.3. Medindo tensões: • Lembre-se que o voltímetro deve ser ligado em PARALELO, nos terminais dos resistores e da fonte. Após a montagem, chame o professor para conferir. NÃO LIGUE A FONTE. • Usando o multímetro meça as diferenças de potencial elétrico (voltagem ou tensão) entre os terminais de cada resistor e entre os terminais da fonte, preencha a tabela abaixo com os valores das medidas. • Calcule as incertezas das medidas de tensão Vcc utilizando a fórmula fornecida pelo fabricante do multímetro, dada na última página. • Verifique a validade da relação entre a tensão na fonte V e as tensões V1, V2 e V3 nos resistores para os valores das medidas realizadas. A relação é válida quando consideramos as incertezas das medidas? Justifique sua resposta. Tabela 4. Voltagem (diferença de potencial elétrico) nos resistores paralelo. 2.4. Medindo Corrente: • Lembre-se que o amperímetro deve ser ligado em SÉRIE com os terminais dos resistores e a fonte. Após a montagem, chame o professor para conferir. NÃO LIGUE A FONTE. • Preencha a tabela abaixo com as medidas das intensidades das correntes elétricas cc (valores e incertezas) I, IR1, IR2 e IR3 que passam pelos pontos R1, R2 e R3 (indicados na figura 5 acima), respectivamente, obtidas utilizando o amperímetro. • Calcule as incertezas das medidas de corrente cc utilizando a fórmula dada na última página. • Qual é a relação entre os valores das intensidades das correntes elétricas I, IR1, IR2 e IR3 para a associação de resistores. A relação continua válida quando consideramos as incertezas das medidas? Justifique sua resposta. Tabela 5. Intensidade da corrente elétrica nos pontos B, D e P do circuito serie. Voltagem (Vcc) Medidas com Voltímetro Valor medido (V) Escala (V) Resolução (V) Incerteza (V) VR1 9,98 750V 0,01 VR2 9,90 750V 0,01 VR3 9,87 750V 0,01 Voltagem (Icc) Medidas com Amperímetro Valor medido (mA) Escala (mA) Resolução (mA) Incerteza (mA) I 37,09 200 0,01 IR1 21,99 20 0,01 IR2 9,87 20 0,01 IR3 3,05 20 0,01 Observação importante: Como não temos um modelo especifico de multímetro para usar nessa pratica e alguns modelos usados não tem especificações para determinar a incerteza, só para questão de aprendizagem usaremos as especificações do Multímetro digital HGL-2000 N (DMM) Especificações Técnicas (Multímetro digital HGL-2000 N) Tensão CC (DC) Escalas: 200 mV / 2V / 20V / 200 V / 1 kV Incerteza: 0,5 % x LEITURA + 1 x RESOLUÇÃO Tensão CA (AC) Escalas: 200 mV / 2V / 20V / 200V / 750 V Incerteza: 0,8 % x LEITURA + 3 x RESOLUÇÃO Corrente CC (DC) Escalas: 200 µA / 2mA / 20mA / 200 mA / 10 A Incerteza: 0,8 % x LEITURA + 1 x RESOLUÇÃO Corrente CA (AC) Escalas: 200 µA / 2mA / 20mA / 200 mA / 10 A Incerteza: 1 % x LEITURA + 3 x RESOLUÇÃO Resistência Escalas: 200 Ω...200 MΩ Incerteza: 0,8 % x LEITURA + 1 x RESOLUÇÃO Capacitância Escalas: 2nF / 20nF / 200 nF / 2 µF / 20 µF Incerteza: 2,5 % x LEITURA + 3 x RESOLUÇÃO Resolução de uma escala: menor valor possível de medição (digito 1 na última casa à direita, zero nas demais) Diferença percentual (DP) de uma medida: DP = |100x(VN – VM ) / VN (%)|
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