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1 PROJETO EM ENGENHARIA ELÉTRICA/ELETRÔNICA I Prof. Marcio Tadeu Alunos: Turma: EEletr-5UNA 1.Pitter Pio Pinto 01210459 PRÁTICA 1 – DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA INTERNA DE UM VOLTÍMETRO E UM AMPERÍMETRO CC Objetivos: 1. Medir a resistência interna de um voltímetro e um amperímetro CC; 2. Determinar a constante característica de um voltímetro CC. Material Utilizado: - Fonte de tensão CC; - Kit de montagem com resistores fixos e fios; - Voltímetro digital CC; - Multímetro analógico; - Década resistiva. Introdução Teórica: Tanto o voltímetro quanto o amperímetro são instrumentos de medidas de grandezas elétricas, onde há uma resistência interna. O voltímetro é utilizado para medir a tensão aplicada a um circuito. Muitos voltímetros, na verdade, são amperímetros com uma resistência interna muito alta. Essa resistência tem que ser a mais alta possível, pois a medida é realizada em paralelo com o ponto em que se quer saber a tensão. Um voltímetro ideal seria aquele com uma resistência interna infinita, assim não permitiria a passagem de corrente elétrica por ele. Mas um voltímetro real apresenta uma resistência finita. O voltímetro pode ser construído a partir de um galvanômetro, normalmente os voltímetros analógicos. O galvanômetro é um instrumento muito sensível cuja característica principal é ter um ponteiro que sofre uma deflexão quando por ele passa uma corrente elétrica. Quando uma corrente elétrica atravessa a bobina, esta interage com o campo magnético do imã e esta interação depende do valor e sentido da corrente. Observamos, então, o aparecimento de um torque sobre a bobina que provoca uma deflexão no ponteiro. Esta deflexão é proporcional à corrente elétrica e é contrabalançada por uma mola até que o ponteiro atinja uma posição de equilíbrio. O amperímetro é utilizado para medir o fluxo de corrente em uma parte do circuito. Este é ligado em série com o ponto em que se quer saber a corrente. O amperímetro ideal seria aquele com resistência interna nula. Como é impossível, ao se fazer uma medida de corrente, introduz um erro gerado pela modificação causada no circuito gerado pela resistência interna do amperímetro. 2 PROJETO EM ENGENHARIA ELÉTRICA/ELETRÔNICA I Prof. Marcio Tadeu Parte Prática: PARTE 1: DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA INTERNA DE UM VOLTÍMETRO CC PRIMEIRO MÉTODO (a) Mantendo a fonte de tensão inicialmente zerada e desligada, monte o circuito da Figura 1 onde o voltímetro digital e o amperímetro analógico estão dispostos em série. Coloque o voltímetro no fundo de escala de 20 V e o amperímetro com fundo de escala de 50 A. (b) Ligue a fonte e aumente paulatinamente a tensão fornecida ao circuito. Anote os valores das correntes registrados pelo amperímetro quando a tensão no voltímetro indicar 6,0 V; 12 V e 20,0 V. Registre também a tensão de saída da fonte. (c) Em seguida, para cada um dos valores medidos de tensão no voltímetro e corrente no amperímetro, calcule o valor da resistência do voltímetro (RV) para o fundo de escala utilizado. Determine o valor mais provável da resistência interna RV. SEGUNDO MÉTODO (a) Estabeleça uma diferença de potencial (ddp) nos terminais da fonte E igual à indicação do fundo de escala de 20 V do voltímetro digital fornecido. Fixe esta tensão na fonte e desligue-a. Monte o circuito da Figura 2. Use o voltímetro no fundo de escala (F.S.) de 20 V e tome para R o valor da resistência R1 de 3,9k ohms. Tensão da Fonte (E) Tensão no Voltímetro (UV) Corrente no Amperímetro (IA) 6,0V 6,0 V 3A 12,1V 12,0 V 5A 20,1V 20,0 V 9A - + - + E A + V - Figura 1 3 PROJETO EM ENGENHARIA ELÉTRICA/ELETRÔNICA I Prof. Marcio Tadeu (b) Em seguida ligue a fonte. Registre na tabela abaixo os valores de E, e da indicação do voltímetro UV. Repita este procedimento para os resistores R2 e R3 de 10k ohms e 33k ohms, respectivamente. (c) Em seguida, para cada um dos valores registrados na tabela acima, calcule o valor da resistência do voltímetro (RV) para o fundo de escala utilizado. Determine o valor mais provável da resistência interna RV. ( ) ( ) ( ) ( ) PARTE 2: DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA INTERNA DE UM AMPERÍMETRO CC (a) Mantendo a fonte de tensão inicialmente zerada e desligada, monte o circuito da Figura 3. O resistor R tem um valor fixo de 680 ohms. RD é uma caixa com resistores ajustáveis (década resistiva). O amperímetro analógico deve estar inicialmente no fundo de escala de 5 mA. As chaves ch1 e ch2 devem estar abertas e o valor inicial de resistência na década da ordem de 31 ohms. Tensão da Fonte (E) Resistores (R) Tensão no Voltímetro (UV) 20,0V 3,9 k 19,90V 20,0V 10 k 19,85V 20,0V 33 k 19,63V Figura 2 Figura 3 R - + E + V - - + E A R Ch1 RD Ch2 4 PROJETO EM ENGENHARIA ELÉTRICA/ELETRÔNICA I Prof. Marcio Tadeu (b) Feche a chave Ch1. Ligue a fonte e aumente paulatinamente o valor da tensão até que a indicação do amperímetro seja a mesma do fundo de escala, ou seja, 5 mA. Anote o valor da tensão E da fonte. EF = 3,7V (c) Em seguida, feche a chave Ch2 e ajuste o valor de resistência da década até que a corrente indicada no amperímetro seja a metade do valor de fundo de escala do ítem anterior. Registre o novo valor desta resistência RD. Zere e desligue a fonte. Abra as chaves Ch1 e Ch2. RD = 57Ω (d) No circuito da Figura 3, substitua R por um resistor de 100 ohms. Coloque o amperímetro analógico no fundo de escala de 50 mA. Repita os procedimentos (b) e (c). EF = 5,8V RD =7Ω (e) Determine a resistência interna no amperímetro fornecido quando no fundo de escala de 5 mA e quando no fundo de escala de 50 mA. Para escala 5mA: R= 680Ω RD=57Ω E=3,7V RA= ? I1=5,0mA I2= ? I3=2,5mA Sendo I1+ I2= I3 Temos: I2= I3 - I1 I2 =2,5mA – 5,0mA I2 = -2,5mA Para escala 50mA: R= 100Ω RD=7Ω E=5,8V RA= ? I1=50,0mA I2= ? I3=25,0mA Sendo I1+ I2= I3 Temos: I2= I3 - I1 I2 =25mA – 50mA I2 = -25,0mA 5 PROJETO EM ENGENHARIA ELÉTRICA/ELETRÔNICA I Prof. Marcio Tadeu Exercícios: (a) Demonstre para o circuito da Figura 2 que R UE U R V V V . , sendo , temos Portanto ( ) . (b) Qual dos dois circuitos, o da Fig. 1 e o da Fig. 2, permitem determinar a resistência interna do voltímetro com melhor precisão? O da figura 1, pois a variação entre as medidas da resistência é menor, o da figura 2 a variação é muito grande.(c) A característica interna de um voltímetro é o quociente da resistência interna RV pela indicação da tensão de fundo de escala (F.S.). Determine a característica interna do voltímetro para o fundo de escala de 20 V para ambos os métodos adotados na parte experimental. 1º método- supondo que a resistência interna seja de 2MΩ, a mais provável: ⁄ 2º método utilizando a resistência de maior valor? ⁄ (d) No circuito da figura abaixo, quando um amperímetro com resistência interna de 250 é usado para medir a corrente, esta corrente através do amperímetro causará um efeito de carga no circuito. Calcule a corrente I1 no circuito antes de conectar o amperímetro e após conectar o instrumento e, em seguida, determine em % o efeito de carga no circuito. 6 PROJETO EM ENGENHARIA ELÉTRICA/ELETRÔNICA I Prof. Marcio Tadeu Antes de ligar o amperímetro: Depois de ligar o amperímetro: Efeito de carga: Comentários e conclusões: Sabendo que nenhum sistema é ideal, é possível determinar o erro associado ao equipamento para se obter uma medida mais precisa do circuito. Para medir a resistência interna do voltímetro o primeiro método se mostrou mais eficaz, pois a diferença entre as medidas da resistência ficaram mais próxima. Já no segundo método teve se uma diferença grande entre as medidas, pois há também a tolerância dos resistores utilizados para o experimento, diferente do primeiro, onde a resistência do amperímetro é muito baixa e com uma tolerância menor. Pode-se ver que no amperímetro quanto maior a escala que se quer menor a resistência, assim diminuindo o efeito de carga. E também que não é necessário fazer conta para se determinar a resistência interna, pois como a corrente se divide por igual quando a resistência é igual em um circuito paralelo, o mesmo valor da resistência interna do amperímetro é a mesma que se obteve na década resistiva. Referências Bibliográficas: http://pt.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetro http://pt.wikipedia.org/wiki/Amper%C3%ADmetro http://www.ifi.unicamp.br/leb/f329-08s1/f329_2008_%5B00%5D.pdf Boylestad, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos. 12ª ed. – São Paulo.
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