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Universidade Federal do Triângulo Mineiro Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas Laboratório de Física 2 Experimento 2-Voltímetro e amperímetro Uberaba RESUMO O presente relatório aborda os aspectos teóricos e práticos do experimento realizado em laboratório sobre a utilização correta de voltímetros e amperímetros, visando exibir detalhadamente todos os procedimentos feitos e analisando os resultados obtidos. Através da prática experimental, o grupo adquiriu algumas noções básicas sobre circuitos e algumas de suas propriedades. Assim, o foco principal do experimento foi, através de medições com o multímetro, analisar os valores da voltagem e da corrente elétrica em alguns pontos de circuitos paralelos e circuitos em série. Primeiramente, para a compreensão da prática, foi feita uma pesquisa teórica a respeito, e dessa forma, esse embasamento teórico permitiu verificar a coerência entre os dados obtidos. A parte referente à metodologia descreve, de maneira simples e objetiva, todos os passos do experimento, e a maneira como os equipamentos foram utilizados. O documento também apresenta uma discussão a respeito dos dados, questionando seus aspectos relevantes, e em seguida levanta conclusões importantes sobre o estudo. Palavras–chave: Voltímetro. Amperímetro. 1 INTRODUÇÃO Circuitos elétricos são ligações de elementos elétricos, tais como resistores, capacitores, diodos, linhas de transmissão, fonte de tensão, fonte de corrente e interruptores, que produz no mínimo um caminho fechado para a corrente elétrica (i). Esta corrente presente no circuito pode apresentar vários efeitos como, luz, calor, som, entre outras manifestações. Para a alimentação do circuito utiliza-se de pilhas, baterias ou mesmo tomadas. Circuitos em série, como exemplificados na figura 1, são aqueles no qual a corrente passa apenas por um único caminho. Com isso, é necessário que todos os resistores presentes estejam funcionando, pois caso haja falha em pelo menos um, o fluxo de corrente elétrica é interrompido no resistor quebrado. 1 Figura 1 – Circuito em série Fonte: Exercícios sobre circuitos elétricos: Associação de resistores em série e em paralelo. Em um circuito em paralelo, apresentado abaixo na figura 2, a corrente possui mais de um caminho por onde ela pode passar. Sendo assim, se algum resistor que estiver presente no circuito apresentar alguma falha, os outros ligados em paralelos com ele podem ainda receber corrente, pois o fluxo de corrente não é interrompido para os demais. 2 OBJETIVOS ● Utilizar o voltímetro para medir tensão contínua. ● Utilizar o amperímetro para medidas de corrente contínua. ● Familiarizar-se com o instrumento e suas escalas. 3 MATERIAIS ● Multímetro. ● Gerador de tensão (substitui as pilhas). ● Resistores de filme de carbono. ● Protoboard 4 METODOLOGIA 4.1 VOLTIMETRO Primeiramente regulou-se a fonte em 6 volts e ajustou-se o multímetro na posição voltímetro e mudou-se a chave seletora para a posição adequada (20V), logo depois, utilizando uma protoboard e os resistores de 120, 330 e 68 Ω(ohms), que são os resistores com resistência mais próxima que conseguimos do roteiro, montou-se o circuito conforme a figura 2, e mediu- se a tensão entre os pontos AB, BC, CD, AD. Feito isso, anotaram-se os dados na tabela 1. 2 Figura 2- circuito em serie de 6 volts 1 4.2 AMPERÍMETRO Para a segunda parte de experimento, regulou-se a fonte em 3vols, em seguida montou- se o circuito em paralelo na protoboard, conforme a figura 3, utilizando os seguintes resistores: 180 1k e 560 Ω (ohms), que são os resistores com resistência mais próxima aos pedidos no roteiro. Em seguida ajustou-se novamente o multímetro e colocando-o na posição amperímetro, para medir a corrente elétrica nos pontos A, B, C e D. Por último, anotaram-se os dados na tabela 2. Figura 3- circuito em paralelo de 3 volts 2 O experimento tem como princípio estudar e analisar o comportamento do potencial elétrico e da corrente elétrica. A diferença de potencial elétrico, tensão (∆V), entre dois pontos é igual à diferença entre os potenciais elétricos dos dois pontos. Portanto, ela é o negativo do 1 Análise da figura 2 feita em sala de aula na disciplina Laboratório de Física 2 pelo professor Paulo Antônio Bertoldi 2 Análise da figura 3 feita em sala de aula na disciplina Laboratório de Física 2 pelo professor Paulo Antônio Bertoldi 3 trabalho realizado pela força eletrostática para deslocar uma carga unitária de um ponto para o outro. (HALLIDAY, 2012) A corrente elétrica é um movimento de partículas carregadas, porém nem sempre todas as partículas carregadas que se movem produzem uma corrente elétrica. Para que haja uma corrente através de uma dada superfície é preciso que exista um fluxo líquido de cargas através da superfície, que ocorre com o auxílio de uma bateria. A equação a seguir, permite realizar o cálculo da corrente através da carga, dq, e do intervalo de tempo, dt. (HALLIDAY, 2012) 𝑖 = 𝑑𝑞 𝑑𝑡 (2) Na a realização do experimento teve a utilização do multímetro um aparelho capaz de medir corrente elétrica, na função amperímetro, tensão elétrica contínua e alternada na função voltímetro, resistência elétrica na função ohmímetro, capacitância, frequência de sinais alternado, temperatura entre outros, o que permitiu uma analise dos valores das voltagens dos resistores disponibilizados e associados em série e analise da corrente que passava no circuito elétrico com diferentes resistores associados em paralelos. ∆𝑉 = 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = ∆𝑈 𝑞 (1) 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1 DISCUSSÕES SOBRE CIRCUITOS EM SÉRIE A partir da parte prática, podemos destacar alguns pontos. A voltagem nominal da fonte que foi inserida no circuito era de 6V, porém o valor medido pelo voltímetro foi de 7,45 V. No outro caso, a voltagem nominal da fonte foi de 3V, porém o seu valor medido pelo voltímetro foi de 3,47 V. Essa prática substitui os circuitos 1 e 2, apresentados na figura abaixo. 4 Figura 4– Representação de Circuitos 3 Na prática do experimento com circuito em série da figura 2, foram medidas as voltagens em determinados pontos como visto na tabela abaixo. Tabela 1 – Valores das tensões referentes ao circuito em série Valores de tensão Valor medido Posição da chave seletora VAB 1,73 V 20V VBC 4,75V 20V VCD 1,01V 20V VAD 7,49V 20V Fonte: Os autores, 2015. A partir desses dados, pode-se verificar que a voltagem no segmento AD, ou seja, a voltagem resultante do circuito, é aproximadamente a soma das voltagens nos outros segmentos. Isso indica que o experimento está de acordo com a teoria, envolvendo um desvio percentual relativo de 0,54 %. Esse desvio pode ser explicado por algum defeito de equipamento ou devido a pequenas falhas do grupo na montagem do circuito. Tabela 2 – Analise da Corrente nos Resistores Resistência (Ω) Tensão (V) Corrente (A) 120 1,73 V 0,01442 330 4,75V 0,01439 68 1,01V 0,01485 518 7,49V 0,01446 Fonte: Os alunos, 2015. 3 Análise de circuitos desenvolvida em sala de aula na disciplina Laboratório de Física 2 pelo professorPaulo Antônio Bertoldi 5 A partir da tabela, pode-se concluir que a corrente se mantém aproximadamente igual nos resistores em série. 5.2 DISCUSSÕES SOBRE CIRCUITOS EM PARALELOS Para análise de corrente, foi utilizado o circuito referenciado no desenvolvimento, figura 3, com suas respectivas mudanças enunciadas. Vale ressaltar que a tensão utilizada nos cálculos foi a medida pelo voltímetro, ou seja, 3,47 V. Segue abaixo a tabela relacionando os dados obtidos. Tabela 3 – Análise da corrente nos pontos no circuito em paralelo Pontos Valor Medido (mA) Posição da Chave Seletora (mA) A 30,6 200 B 3,7 200 C 6,1 200 D 28,5 200 Fonte: Os alunos, 2015. A partir dos dados, podemos conferir que as correntes que passam nos pontos A e D são próximas devido ao fato de que elas são a corrente resultante do circuito. Como a resistência no ponto B é menor que a resistência em C, para permanecer constante a tensão conforme enunciado na teoria. 6 CONCLUSÕES Em consonância com o apresentado no decorrer do relatório, foi patente ao grupo algumas observações descritas a seguir. Primeiramente, notou-se na transcrição do mesmo que a bom manuseio dos instrumentos e o critério na realização da prática, resulta em dados extremamente satisfatórios, em vista da pequena discrepância obtida entre o real e o teórico, como exposto nas discussões. Outro aspecto, obtido na prática, foi a noção real da organização, ou melhor dizendo, da construção dos circuitos configurados em paralelo ou em série e como obter as medições em determinados pontos. Sendo estes aspectos de suma importância, uma vez que a configuração 6 errônea, ou medição de pontos incorreta, acarreta em erros imediatos e visíveis, como experimentado pelo grupo. Por fim, o feitio do relatório e pratica, acarretou a solidificação do teórico com as ações práticas, exemplificando e dando força aos resultados obtidos analiticamente. 7 REFERÊNCIAS EXERCÍCIOS sobre circuitos elétricos: Associação de resistores em série e em paralelo. 2015. Disponível em: <http://www.fisica.uaivip.com.br/revisoes/circuitos_eletricos/exercicios_circuitos_eletricos_s erie_e_paralelo.html>. Acesso em: 20 mar. 2015. HALLIDAY, David. Potencial Elétrico. In: HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: Eletromagnetismo. 9. ed. Rio de Janeiro: Grupo Editorial Nacional, 2012. Cap. 24,26, p. 75, 76, 77, 133, 134, 135. EXERCÍCIOS REFERENTES AO VOLTÍMETRO 1) Determine como deve ser posicionado um voltímetro para medir a tensão resultante entre A e B. Dê o valor da leitura e a escala utilizada. Para realizar o aferimento da voltagem, o voltímetro deve ser ligado em paralelo com o circuito. Como se trata de um circuito em série, para determinar a tensão resultante, basta somar as voltagens em cada resistor. Logo, a tensão resultante vale 1,5V + 1,5V + 1,5V = 4,5V. 2) Ao medirmos a tensão de uma bateria de automóvel com um voltímetro, com a chave seletora na posição de 1200V, ele apresenta um valor próximo a zero. Por quê? Uma bateria automotiva tem aproximadamente 12V, logo para medir essa tensão, deve – se ajustar o aparelho para a escala mais próxima do valor, que no caso é de 20V. Quando a escala utilizada é bem maior do que o valor real da tensão, o valor medido será zero. EXERCÍCIOS REFERENTES AO AMPERÍMETRO 1) Indique no esquema da figura 4.4 a polaridade correta de cada medidor. 2) Assinale no esquema da figura 4.5 onde devemos interromper para medir a corrente que passa pelo R3 e R4. 3) De quais resistores o miliamperímetro esquematizado no circuito da figura 4.5 mede a corrente? O amperímetro está medindo a corrente total do circuito, ou seja, essa medida é referente à resistência equivalente do circuito.
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