PRÁTICA 11 - VOLTÍMETRO E AMPERÍMETRO - FÍSICA EXPERIMENTAL

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA
PRÁTICA 11
VOLTÍMETRO E AMPERÍMETRO
ALUNO: ANTONIO HENRIQUE AZEVEDO CARNEIRO
CURSO: ENGENHARIA CIVIL
MATRÍCULA: 404276
TURMA: 4A
PROFESSOR: HEITOR
DATA DA PRÁTICA: 31/10/2017
HORÁRIO DA PRÁTICA: 08:00 ÀS 10:00
FORTALEZA – CE
2017
ANTONIO HENRIQUE AZEVEDO CARNEIRO
PRÁTICA DE LABORATÓRIO 11: VOLTÍMETRO E AMPERÍMETRO
Relatório da disciplina de Física Experimental para Engenharia do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará.
Prof. Heitor
FORTALEZA
2017
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO.............................................................................................................4
OBJETIVOS..................................................................................................................7
MATERIAL UTILIZADO...........................................................................................8
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................................................9
QUESTIONÁRIO.......................................................................................................13
CONCLUSÃO.............................................................................................................17
BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................18
INTRODUÇÃO
Nesta prática aprenderemos a utilizar as funções voltímetro e amperímetro do multímetro digital. Para medirmos uma tensão ou uma corrente elétrica usaremos o multímetro digital da marca MINIPA, modelo ET-1005. Observe que este multímetro tem opções para medir tensões contínua (DC), ou tensões alternadas (AC). Tendo o cuidado de escolher sempre a opção apropriada.
Embora, nesta prática, seja usado um modelo específico de multímetro digital, modelos diferentes de diferentes fornecedores terão funções semelhantes, com pequenas variações nas escalas e, as vezes, nos terminais de entrada.
Figura 1 – Multímetro Digital
VOLTIMETRO
Tensão é a diferença de energia potencial elétrica entre dois pontos, sendo sua unidade volts (V). Temos dois tipos de tensões, contínua e alternada, que representamos respectivamente por Vc e Va.
A tensão contínua é aquela que não muda de polaridade com o tempo, isto é, apresenta um polo sempre positivo e outro sempre negativo. Como exemplo de tensão contínua tema tensão fornecida por pilhas, por baterias e por algumas fontes para aparelhos eletrodomésticos. Já a tensão da rede elétrica das casas é alternada, variando entre positiva e negativa, cerca de 60 vezes por segundo (60Hz).
Figura 2 – Voltímetro medindo a tensão sobre o elemento R2
Observações para a medida com o voltímetro:
1- As pontas de prova do voltímetro devem ser ligadas em paralelo com o componente que se deseja medir a tensão, como na figura 2;
2- Deve-se utilizar, antes de tudo, uma escala apropriada. Caso a ordem de grandeza da tensão a ser medida seja desconhecida, deve-se utilizar a maior escala, para que não haja erros na medição da tensão.
AMPERÍMETRO
O amperímetro é o instrumento utilizado para medidas de correntes; para tanto devemos abrir o circuito e inserir o amperímetro em série, como mostra a figura 3, de modo que a corrente a ser medida possa passar pelo instrumento. Para que as medições sejam muito precisas, espera-se que a resistência do amperímetro seja muito pequena se comparada com a do circuito.
Figura 3 – Amperímetro em operação
Observações para a medida com o amperímetro:
1- Da mesma forma do voltímetro, deve-se usar sempre a escala apropriada para medir a corrente. Caso a corrente seja desconhecida, deve-se utilizar a maior escala, para que não haja problema na medição da corrente.
2- O amperímetro deve ser ligado em série, jamais em paralelo.
OBJETIVO
- Conhecer e utilizar as funções voltímetro e amperímetro e um multímetro digital;
- Estudar como se modifica a corrente em um circuito quando se varia a voltagem, mantendo constante a resistência;
- Estudar como se modifica a corrente em um circuito quando se varia a resistência, mantendo constante a tensão aplicada.
MATERIAL UTILIZADO
- Fonte de tensão regulável;
- Placa de circuito impresso;
- Placa com 5 resistores iguais em série;
- Multímetros digitais (dois);
- Cabos (cinco).
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
PROCEDIMENTO 1 – UTILIZANDO O VOLTÍMETRO
Primeiramente, anotamos as escalas continuas (DC) do voltímetro da nossa bancada: 200mV, 2V, 20V, 200V e 600V.
MEDIDAS DE TENSÃO CONTÍNUA
Colocamos a fonte de tensão em 10V e escolhemos a escala apropriada no voltímetro e medimos com a mesma tensão de saída da fonte.
Após isso, fizemos as conexões como indicado na figura 4 (a saída positiva da fonte sendo conectada à entrada vermelha do circuito impresso e a saída negativa sendo conectada à outra entrada do circuito impresso). A tensão da fonte foi subdividida proporcionalmente aos valores das resistências.
Depois, medimos as tensões entre os pontos do circuito, como indicado na tabela 1, anotando valor medido e a escala utilizada do voltímetro.
Figura 4 – Circuito para o procedimento 1
	
	V01
	V02
	V03
	V04
	V05
	Valor Medido
	2,07V
	3,47V
	5,96V
	9,07V
	10,01V
	Escala
	20V
	20V
	20V
	20V
	20V
	
	V15
	V12
	V23
	V34
	V45
	Valor Medido
	7,87V
	1,38V
	2,47V
	3,08V
	0,92V
	Escala
	20V
	20V
	20V
	20V
	20V
Tabela 1 – Medidas de tensão
Após isso, verificamos se V05 = V01 + V12 + V23 + V34 + V45, tendo o valor 9,92V.
MEDIDAS DE TENSÃO ALTERNADA
Medimos as tensões alternadas da bancada (tomadas da mesa e saída AC da fonte) e indicamos em cada caso o valor eficaz, o valor de pico correspondente e a escala utilizada. Depois, anotamos os valores medidos na tabela 2.
	
	Vnominal (V)
	Escala (V)
	VEF medido (V)
	Vpico (V)
	TOMADA DA MESA
	220V
	600V
	217V
	306,9V
	SAIDA DA FONTE 6V
	6V
	200V
	5,6V
	7,92V
	SAIDA DA FONTE 12V
	12V
	200V
	11,7V
	16,55V
Tabela 2 – Medidas de tensão alternada
PROCEDIMENTO 2 – UTILIZANDO O AMPERÍMETRO
Primeiramente, anotamos as escalas do amperímetro da bancada: 2000µA, 20mA e 200mA.
CORRENTE EM FUNÇÃO DA TENSÃO
Montamos o circuito da figura 5, de maneira que pudemos medir a corrente através de um resistor R ligado à fonte de tensão fornecida. Lembrando-se sempre de colocar o voltímetro em paralelo e o amperímetro em série com o circuito.
ESCOLHA DAS ESCALAS NOS MULTÍMETROS
Escolhemos uma escala, tendo em mente que, segundo a tabela 3, a tensão nominal máxima fosse de 10V. No amperímetro, escolhemos uma escala tendo em mente a corrente máxima para uma tensão de 10V e uma resistência de 120kΩ.
Cálculo da corrente máxima esperada e indicação da escala a ser utilizada:
A
Usamos, desse modo, a escala 2000A.
Após isso, escolhemos a tensão na fonte de modo que sobre o resistor de 120kΩ seja aplicada cada uma das tensões indicadas na tabela 3, anotando as correntes correspondentes e as tensões efetivamente aplicadas.
Figura 5 – Circuito para medida da corrente em função da tensão
	V
(Voltagem sugerida)
	V (Voltagem efetivamente aplicada)
	I (µA)
	V/ I (ohms)
	2V
	2V
	0,16µA
	12,5Ω
	4V
	4,01V
	0,33µA
	12,15Ω
	6V
	6,05V
	0,5µA
	12,1Ω
	8V
	8,06V
	0,67µA
	12,03Ω
	10V
	9,99V
	0,83µA
	12,03Ω
Tabela 4 – Medidas de corrente versus voltagem
CORRENTE EM FUNÇÃO DA RESISTÊNCIA
Medimos as resistências: R1, R1 + R2, R1 + R2 + R3, etc; como indicado na tabela 5, lembrando-se de que ao medir a resistência, manter o resistor desligado do circuito e sem alimentação. Colocamos a fonte na tensão de 10V e medimos com o voltímetro a tensão fornecida, ajustando de acordo com a necessidade. Montamos o circuitoda figura 6 e anotamos os resultados na tabela 5.
Figura 6 – Circuito para medida da corrente em função da resistência
	Resistores
	Rmedido (Ω)
	I (µA)
	R
	118kΩ
	82µA
	R1 + R2
	237kΩ
	41µA
	R1 + R2 + R3
	357kΩ
	27µA
	R1 + R2 + R3 + R4
	476kΩ
	20µA
	R1 + R2 + R3 + R4 + R5
	597kΩ
	16µA
Tabela 5 – Corrente em função da resistência
QUESTIONÁRIO
QUESTÃO 1: Indique a escala do multímetro que você utilizaria para medir as seguintes tensões:
a) Arranjo de 6 pilhas comuns em série
b) Alimentação de um chuveiro elétrico residencial
c) Bateria de um automóvel
Resposta:
a) Uma pilha comum possui tensão de 1,5V. Arranjando seis pilhas em série, terá uma tensão resultante de 9V. Para isso, podemos usar a escala de 20V.
b) Um chuveiro elétrico pode ter tensão de 110V ou 220V, dependendo da região. Caso seja 110V, a escala ideal é a de 200V, caso 220V, a escala ideal será a de 600V.
c) A bateria de um automóvel tem uma tensão, geralmente, de 12V. Portanto, a escala ideal será a de 20V.
QUESTÃO 2: Considere o circuito ao lado onde R1 = 200Ω e R2 = R3 = 300Ω. Sabendo que a fonte está regulada em 10V, determine a voltagem a que está submetido cada um dos resistores R1, R2 e R3.
Figura 4 – Circuito da questão 2
Resposta: O sistema do circuito funciona como uma associação de resistores. Os resistores R2 e R3 funcionam como um resistor só, portanto:
A tensão total é a soma das tensões: R2,3 + R1 = 150 + 200 = 350Ω
Como o Resistor 2 está em paralelo com o Resistor 3, então, eles estão submetidos a mesma tensão, portanto:
Assim:
R1 = 5,8V
R2 = 4,35V
R3 = 4,35V
QUESTÃO 3: Considere que no circuito esquematizado abaixo: E = 10V, R1 = 1kΩ, R2 = 100Ω, R3 = 10Ω.
Figura 5 – Circuito da questão 3
a) Desenhe o circuito novamente, mostrando como você ligaria um amperímetro para medir a corrente fornecida pela fonte E.
b) Faça um outro desenho mostrando como medir a corrente R1.
Resposta: 
a) Como o amperímetro deve estar sempre em série com a componente E, podemos, então, fazer o desenho da seguinte forma:
b) Para medir a corrente, novamente, precisamos associar em série o amperímetro em relação ao resistor R1, logo:
QUESTÃO 4: Em relação ao circuito da questão anterior, calcule a corrente em cada resistor e indique a escala do amperímetro apropriada em cada caso.
Resposta:
R1,2 = 
A resistência total da soma de R1,2 com R3 é:
Rtotal = 90,91 + 10 = 100,91Ω
Tendo que a corrente pode ser descoberta pela fórmula I = , então, podemos descobri-la.
Como a corrente que passa em R3 é igual a corrente total, visto que ela está em série com o circuito, então, podemos dizer que I3 = 0,099A (ou 99mA), assim, podemos utilizar a escala de 200mA.
A tensão sobre R3 será dada pela fórmula V = I x R, então:
V = 0,099 x 10 = 0,99V
Portanto, a tensão sobre R1 e R2 será a tensão total menos a tensão sobre R3, assim:
V1,2 = 10 – 0,99 = 9,01V
Obtendo o valor da tensão, podemos descobrir as correntes que passam por R1 e R2:
I1 = ou 9,1mA
I2 = ou 91mA
Assim, podemos dizer que a escala ideal para medir I1 é a de 20mA e a escala ideal para medir I2 é a de 200mA, portanto:
I1 = 20mA
I2 = 200mA
I3 = 200mA
QUESTÃO 5: Faça o gráfico de V versus I com os resultados da tabela 4.
Resposta:
QUESTÃO 6: Faça o gráfico de I versus R com os resultados da tabela 5.
Resposta: 
	
CONCLUSÃO
Com esta prática, pode-se obter um maior conhecimento acerca das funções voltímetro e amperímetro que estão contidas no multímetro digital e um maior entendimento sobre o seu uso. Com isso, aferiu-se a importância desses dispositivos para a medição de correntes e de tensões de componentes de circuitos elétricos.
Além disso, pode-se aprender, também, sobre a utilização correta das escalas do multímetro, para que, em casos de uso na vida real, não venha a errar medições, podendo causar acidentes por conta deste erro, atentando-se, também, em colocar o voltímetro sempre em paralelo e o amperímetro sempre em série.
Houve, também, um certo aprendizado sobre circuitos elétricos, sabendo como funciona a resistência, a corrente, a tensão e a relação entre as mesmas.
Alguns erros experimentais podem ter se dado por manuseio inadequado do equipamento ou, até mesmo, pela resistência dos cabos da prática ou, de certa forma, por cálculos incoerentes.
BIBLIOGRAFIA
- DIAS, N.L, Roteiros de aulas práticas de física. Fortaleza, 2017;
- < https://pt.wikipedia.org/wiki/Amperímetro>
Acesso em 19/11/2017 às 14:28
- <https://pt.wikipedia.org/wiki/Voltímetro>
Acesso em 19/11/2017 às 14:17
- <https://www.eletropecas.com/Produto/multimetro-digital-minipa-et-1005>
Acesso em 19/10/2017 às 14:20