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1 OBJETIVOS Esta prática foi realizada com os seguintes objetivos: Conhecer e utilizar as funções voltímetro e amperímetro de 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 Fonte de Tensão regulável; Placa de circuito impresso; Placa com 6 resistores iguais em série; Multímetros digitais (dois); Cabos (cinco). FUNDAMENTOS Neste experimento, usaremos novamente o multímetro, aparelho apresentado na prática 10 (Resistores e Ohmímetro), desta vez em suas funções voltímetro e amperímetro, para medir as tensões e correntes, respectivamente, em sistemas montados ao longo da prática. VOLTÍMETRO A tensão elétrica é a diferença entre o potencial elétrico de dois pontos. Basicamente, seria a “força” necessária para mover os elétrons do primeiro ao segundo ponto, gerando assim uma corrente elétrica. A tensão pode se manifestar de duas formas, contínua (VDC) e alternada (VAC). Na tensão contínua, a polaridade entre os pontos não muda, de forma que há sempre um polo positivo e um negativo. Já na corrente alternada, a polaridade entre os pontos muda de acordo com uma frequência medida em Hertz (Hz). No multímetro utilizado nesta prática, há dois medidores de tensão, para serem aplicados à tensão contínua e alternada, que devem ser operados com cuidado, uma vez que medir tensões com uma escala menor pode provocar problemas. Para fazer medições com o voltímetro, o mesmo deve ser colocado em paralelo aos componentes cuja tensão quer obter-se. AMPERÍMETRO A outra grandeza trabalhada nesta prática é a de corrente elétrica (i), que pode ser medida em ampères (A), e significa o fluxo de elétrons em uma região de um circuito ao longo de um intervalo de tempo. A função utilizada para medir correntes elétricas é o amperímetro. A corrente elétrica também pode ser dividida em duas, corrente contínua e corrente alternada, porém o multímetro só mede correntes contínuas. 2 Para realizar medições com o amperímetro, o mesmo deve ser ligado em série no circuito de interesse, de forma alguma este deve ser ligado em paralelo. Deve sempre ser utilizada uma escala apropriada, a fim de evitar problemas, e uma vez que o valor da corrente for desconhecido, deve-se utilizar a escala mais alta e, então, reduzi-la, se necessário. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Procedimento 1: Utilizando o Voltímetro Antes de começarem as medições, foi pedido que se anotasse as escalas de corrente contínua (DC) do voltímetro, estas foram: 200mV, 2V, 20V, 200V e 600V. Em seguida, a fonte de tensão foi ligada em 10V, e o voltímetro foi ajustado para 20V para que fosse feita a medição nos terminais da fonte, e o valor obtido foi de 9,78V. Em seguida, a fonte foi ligada à placa com 6 resistores iguais em série, e o amperímetro foi conectado ao circuito para medir as tensões de acordo com o pedido na tabela a seguir, que contém os valores destas medições: V01 V02 V03 V04 V05 Valor Medido 2 3,37 5,83 8,87 9,79 Escala Utilizada 20V 20V 20V 20V 20V V15 V12 V23 V34 V45 Valor Medido 7,77 1,36 2,45 3,03 0,9 Escala Utilizada 20V 20V 20V 20V 20V Depois, foi pedido para verificar se V05 = V01 + V12 + V23 + V34 + V45. Valor esperado para V05 = 9,79V Valor obtido para V05 = 2 + 1,36 + 2,45 + 3,03 + 0,9 = 9,74V Erro percentual = 0,5% Agora, para medirmos tensões alternadas, uma observação deve ser feita: a tensão medida pelo multímetro é chamada de tensão eficaz (VEF). O valor da tensão eficaz é dado por: VEF = VP/√2, onde VP é o valor máximo, chamado de valor de pico da tensão. A tensão eficaz possui o seguinte significado: é o valor de tensão constante que aplicado a um mesmo resistor que a tensão senoidal em questão, produziria a mesma dissipação de potência. A partir disso, foi pedido para medir-se as tensões alternadas da tomada da bancada e das saídas da fonte de tensão. Os resultados são apresentados na tabela a seguir: Vnominal (V) Escala (V) VEF MEDIDO (V) VPICO (V) TOMADA DA MESA 220 600 216 305,47 SAÍDA DA FONTE 6V 6 20 5,7 8,06 SAÍDA DA FONTE 12V 12 20 11,7 16,55 3 Procedimento 2: Utilizando o Amperímetro Assim como no procedimento 1, neta parte nós começamos anotando as escalas de grandeza do Multímetro, desta vez para corrente elétrica, e as escalas são: 200uA, 20mA, 200mA. Após isso, foi pedido para se calcular a maior corrente nominal que pode ser obtida com uma resistência de 120 kΩ, visto que a maior tensão possível é a da fonte, de 10 V. A seguir temos: V = 10V R = 120 kΩ V = R x i i = 0,83 uA Em seguida, foi montado um circuito com a fonte de tensão, os 5 resistores iguais em série, o amperímetro (também em série) e o voltímetro (este em paralelo aos resistores). A partir daí a tensão da fonte foi modificada gradativamente, para que se pudesse medir a variação de corrente elétrica e dessa forma, a resistência do circuito. Os resultados foram dispostos na tabela abaixo: V(nominal) V(efetiva) I (uA) V/I (Ohms) 2 1,99 16 0,124 x 106 4 3,88 32 0,121 x 106 6 5,86 49 0,120 x 106 8 7,87 66 0,119 x 106 10 9,81 83 0,118 x 106 Em seguida, a fonte de tensão foi ajustada para 10V, com o auxílio do Voltímetro, e foram calculadas as resistências e correntes que seguem na tabela abaixo: Resistores RMEDIDO (Ω) I (uA) R1 0,117 x 10 6 83 R1 + R2 0,238 x 10 6 41 R1 + R2 + R3 0,358 x 10 6 27 R1 + R2 + R3 + R4 0,477 x 10 6 20 R1 + R2 + R3 + R4 + R5 0,597 x 10 6 16 4 QUESTIONÁRIO 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 a) Como a tensão de uma pilha comum é de 1,5V e a tensão equivalente de uma associação em série é o somatório das tensões, temos que Veq = 6 x 1,5 = 9V. Logo, a escala mais adequada para esta medição é a de 20V. b) O chuveiro elétrico é alimentado pela eletricidade que chega às nossas residências, e aqui no Ceará, a alimentação é feita com uma tensão de 220V. Logo, a escala utilizada seria a de 600V. c) A bateria de automóvel tem 12V, logo a escala de medição usada seria a de 20V. 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. Fazendo R2 e R3 paralelo, temos que: U = R x i, temos: Req1 = (300x300)/300+300 U1 = 200 x 0,0286 = 5,72V Req1 = 150Ω U2 = U3 = (150 X 0,0286)/2 =2,15V Fazendo R e R em série, temos que: Req = Req1 + R1 Req = 150 + 200 = 350 Ω Sabendo que U = Req x i, 10 = 350 x i i = 0,0286 A 3. Considere que no circuito esquematizado abaixo: E = 10V, R1 = 1kΩ, R2 = 100Ω e R3 = 10Ω. 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 em R1. 5 a) b) 4. Em relação ao circuito da questão anterior, calcule a corrente em cada resistor e indique a escala do amperímetro apropriada em cada caso. Calculando-se a Req entre os resistores R1 e R2, tem-se: Req1 = (1*0,1)/(1 + 0,1) Req1 = 0,09 KΩConsiderando-se R3 e Req1 em série, tem-se que a resistência equivalente total é: Req = Req1 + R3 Req = 0,09 + 0,01 = 0,10 kΩ ou 100 Ω U = Req * i 10 = 100 * i i = 0,1 A Assim i3 = 0,1 A Como R1 e R2 estão em paralelo, a tensão será a mesma, logo: Em R1: U=1000*i1 Em R2: U = 100*i2 Sabendo que i1+i2 = i e as ddps entre os resistores R1 e R2 são iguais, tem-se: 1000i1=100i2 10i1=i2 ; i1+i2 = 0,1 A ; 11 i1 = 0,1 i1 = 0,0091 A ( corrente de R1); i2 = 0,0909 A ( corrente de R2) Escala para corrente 1: 20 mA Escala para corrente 2: 200 mA Escala para corrente 3: 200 mA 5. Faça o gráfico de V versus I com os resultados da tabela 11.4. 6 6. Faça o gráfico de I versus R com os resultados da tabela 11.5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 8 10 12 C o rr en te ( u A ) Tensão (V) I versus A 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 R es is tê n ci a (Ω ) Corrente (uA) I versus R 7 CONCLUSÃO Por meio desta prática, pôde-se aprender como utilizar o multímetro nas suas funções voltímetro e amperímetro, para medir tensões e correntes em circuitos elétricos. Pudemos aprender mais sobre diferença de potencial e corrente elétrica e suas propriedades, como a divisão proporcional de tensão ao encontrar uma associação de resistores em paralelo. Pôde-se também aprender sobre os cuidados necessários que devem ser tomados ao realizar medições com o multímetro, dependendo de sua função, e como integrá-lo a um circuito, dependendo de sua finalidade. Vimos também como reagem as grandezas de tensão, corrente e resistência quando uma é mantida constante e as outras são manipuladas, para aprofundar nosso conhecimento sobre circuitos elétricos. BIBLIOGRAFIA Livros DIAS, Nildo Loiola. Roteiro de aulas práticas de física. Fortaleza: Departamento de Física UFC, 2016 Sites SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Tensão elétrica "; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/tensao-eletrica.htm>. Acesso em 20 de novembro de 2016.
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