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Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira Instrumentos de Medição Experimento 1 Measuring Instruments Experiment 1 Joao Donizete Delfino Junior, Leonardo Hayashida Simao, Lucas França Lopes, Winner Zavolski Queiroz Universidade Tecnológica Federeal do Paraná Apucarana-PR, Brasil joao.junior.197@gmail.com thehayashid@gmail.com lucas.lopes.96@hotmail.com winner@alunos.utfpr.edu.br Resumo — Nesta aula experimental aprendemos a manusear e a utilizar instrumentos de medição, mais precisamente aprendemos a adaptar a posição das pontas de provas conforme a função escolhida de medição, a identificar o valor da resistência e sua tolerância utilizando o código de cores, a determinar o valor da capacitância utilizando o código comercial e também a identificar e a manusear todas as funções do multímetro, obtendo medidas de temperaturas, resistências, capacitâncias, tensões e correntes elétricas, pois o multímetro utilizado nos permite realizar todas essas medições, e várias outras funções, que não foram utilizadas, porém foram explicadas pelo professor. Palavras Chave: Multímetro, temperaturas, resistências, capacitâncias, tensões, correntes elétricas Abstract — In this experimental class we have learned how to handle and use measuring instruments, and more precisely we have learned to adapt the position of the test points according to the chosen measurement function, to identify the resistance value and its tolerance using the color code, to determine the value of the capacitance using the commercial code and also to identify and handle all the functions of the multimeter, obtaining measures of temperatures, resistances, capacitances, voltages and currents, since the multimeter used allows us to carry out all these measurements, and several other functions, which were not used, but were explained by the teacher. Keywords: Multimeter, temperatures, resistances, capacitances, voltages, electric currents I. INTRODUÇÃO Em física teórica 3 estudamos que cada corpo tem uma força elétrica que influencia na passagem de uma corrente elétrica e esta característica varia de acordo com o material e suas dimensões, ela é conhecida como resistência e sua unidade de media é o ohm (Ω). Entre dois corpos que tem uma diferença de potencial pode se estabelecer um fluxo de elétrons, mais conhecida como tensão e sua unidade de medida é o volt (V). A quantidade de carga elétrica que passa por um determinado local em uma determinada quantidade de tempo é chamada de corrente elétrica e sua unidade de medida é o ampere (A), estes são algumas características que um circuito pode ter. rodrigopereira Linha rodrigopereira Nota sticky característica elétrica rodrigopereira Nota sticky condutor rodrigopereira Linha rodrigopereira Máquina de escrever estas Rodrigo Máquina de escrever Nota: 8,0 Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira O multímetro é um instrumento utilizado para medir estes tipos de propriedades e dependendo do tipo de instrumento até mais do que estas características. Existem dois tipos de multímetro o analógico e o digital. O modelo analógico é composto de um ponteiro sobre uma bobina móvel e um imã permanente. Quando uma corrente elétrica percorre a espiral da bobina surge um campo magnético, que interage com o campo magnético do ímã, o ponteiro pode se movimentar para direita ou para esquerda na escala do instrumento dependendo do sentido da corrente elétrica. Figura 1 – Multímetro analógico. Fonte <https://goo.gl/i82JJ3> O modelo digital tem um display eletrônico que mostra o valor da medida que selecionarmos, além de poder escolher a propriedade podemos escolher a ordem da medida. Este multímetro funciona convertendo a corrente elétrica em sinais digitais e fazendo os cálculos, sendo assim o resultado que obtemos é um cálculo, sendo uma medida indireta. Figura 2 – Multímetro digital. Fonte <https://goo.gl/Bc9rH8> No experimento realizado trabalhamos com um modelo digital e temos com objetivo aprender a utilizar o multímetro de modo correto e entender suas principais funções. Com isso vamos medir determinar o valor de algumas resistências através da medição e do código de cores, valor da capacitância, tensões, corrente elétrica e até a temperatura de uma lâmpada. II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Para a realização do experimento foram utilizados os seguintes materiais: • 1 painel para eletroeletrônica CC e CA - EQ230.21; • 2 cabos flexíveis vermelho 1m - EQ040.02; • 2 cabos flexíveis preto 1m - EQ040.01; • 1 lote de resistores, contendo 3 unidades de resistores em ordem de grandezas distintas; rodrigopereira Máquina de escrever rodrigopereira Callout , como o exemplo ilustrado na figura 1, rodrigopereira Callout grandezas elétricas, tensão e corrente, rodrigopereira Linha rodrigopereira Linha rodrigopereira Callout isto é, rodrigopereira Callout , como o exemplo ilustrado na figura 2, rodrigopereira Linha rodrigopereira Callout como rodrigopereira Linha Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira • 1 lote de capacitores, contendo 3 unidades de capacitores distintos em dielétricos; • 1 lâmpada de 4,5 Vcc; • 1 conjunto comercial de fontes cc, contendo 2 unidades; • 1 par de ponta de prova para multímetro; • 1 termopar e respectivo adaptador ao multímetro; • 1 multímetro ICEL MD-6175; • 1 fonte de alimentação digital saída ajustável, 0 a 25 Vcc / 3Acc - EQ30F. Ao primeiro contato com o multímetro foi feita a identificação das seguintes funções: tensão continua e alternada, corrente contínua e alternada, resistência, teste de continuidade, capacitância, indutância, memória (Hold) e temperatura. Em seguida, foi feita a identificação da escala necessária para realizar a medição, será a indicação que a escala selecionada é inferior ao valor da leitura quando só ficar aceso o dígito um (1) mais significativo. Em contrapartida, se dígitos zeros forem exibidos à esquerda, será necessário selecionar uma escala inferior. Foram feitas duas medidas para determinar a resistência de 3 resistores de valores diferentes, a primeira medida foi feita segurando com a mão a ponteira do multímetro e o terminal do resistor e a segunda medida de forma que somente as ponteiras do multímetro tocasse os terminais dos resistores. Logo, da mesma forma foi feita as medições para 3 capacitores de valores diferentes. Para efetuar a leitura de tensão elétrica do conjunto de fontes CC utilizou-se duas escalas diferentes para avaliar a precisão da medida, selecionando obviamente a função para tensão contínua no multímetro. De forma semelhante, para a leitura de tensão de uma tomada utilizou-se duas escalas diferentes, e selecionando a função de tensão alternada. Fazendo a montagem do circuito conforme a Figura 3, ajustando a chave seletora do multímetro para corrente continua e colocando-o em série no circuito determinamos a corrente elétrica atravésdo multímetro. Figura 3 – Circuito utilizado para a medida de corrente elétrica. Para determinar a temperatura da lâmpada incandescente do circuito anterior, faz-se necessário a troca das pontas de prova pelo termopar e seu respectivo adaptador para multímetro, logo em seguida ajustando a chave seletora do multímetro para medir temperatura foi determinada qual o valor da temperatura da lâmpada acesa. III. RESULTADOS E DISCUSSÃO Inicialmente, foi possível determinar a resistência (em Ω) de cada resistor através de seu código de cores. rodrigopereira Retângulo rodrigopereira Máquina de escrever textonulldesconexo rodrigopereira Máquina de escrever CA Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira A tabela 1 apresenta os dados referentes a esta primeira análise. Tabela 1: Informações referentes à leitura do código de cores de cada resistor. Faixa 1 Faixa 2 Faixa 3 Faixa 4 Cor Valo r Cor Valo r Cor Valo r Cor Valo r R 1 Verde 5 Azul 6 Marro m 101 Doura do ±5 % R 2 Marro m 1 Vermel ho 2 Laranj a 103 Doura do ±5 % R 3 Azul 6 Cinza 8 Amare lo 104 Doura do ±5 % Utilizando os valores pré-estabelecidos pelas faixas de cores de cada resistor, foi possível determinar o Valor comercial dos mesmos. Posteriormente foram feitas duas medidas com o auxílio de um multímetro, sendo a medida 1 feita segurando os resistores na mão e a medida 2 deixando que apenas as ponteiras do multímetro tocassem os terminais dos resistores. A tabela 2 apresenta os dados supracitados. Tabela 2: Valores e erros comerciais bem como os valores medidos e o erro calculado. Valor comerc ial (𝛀) Medida 1 (𝛀) Medida 2 (𝛀) Erro comerc ial (%) Erro 1 (%) Erro 2 (%) R1 560 545 546 ±5% %2,68 %2,5 R2 12000 11700 11910 ±5% %2,5 %0,75 R3 680000 480000 686000 ±5% %29,41 %0,88 Como observado na tabela 2, ambas as medidas feitas para cada resistor se mantiveram na faixa pré- estabelecida comercialmente (abaixo dos 5%) com a exceção do resistor de 680000Ω. Nesta medida, houve um erro de 29,41%, valor muito discrepante do que se era esperado. Por possuir uma maior resistência em relação aos outros resistores, possivelmente o fato das ponteiras estarem tocando também nosso corpo, ocasionou uma leitura errônea por parte do multímetro. A tabela 3 apresenta os valores de capacitância comerciais e os valores medidos da mesma forma que os resistores anteriormente. Tabela 3: Valores comerciais bem como os valores medidos e o erro calculado. Valor comercial Medida 1 Medida 2 Erro 1 (%) Erro 2 (%) C1 220 𝜇𝐹 182,6 𝜇𝐹 181 𝜇𝐹 17% 17,73% C2 330 𝑛𝐹 331 𝑛𝐹 328 𝑛𝐹 0,30% 0,60% C3 121 𝑝𝐹 220 𝑝𝐹 130 𝑝𝐹 81,81% 7,44% Como observado na tabela 3, os valores medidos do Capacitor 1 apresentam um erro percentual relativamente maior do que o capacitor 2 em ambas as medidas. Porém os erros percentuais estão próximos, nos possibilitando concluir que houve um provável erro por parte do fabricante. No Capacitor 3, uma das medidas apresentou um erro percentual muito maior em relação à outra medida. Possivelmente o erro pode sido gerado pelo fato dos terminais do multímetro estarem tocando também as nossas mãos, ou um erro do multímetro por se tratar de um valor muito pequeno (algo menos provável). A tabela 4 apresenta os valores referentes à leitura da tensão em duas fontes de corrente contínua. O multímetro foi configurado em duas escalas diferentes a fim de se obter dados diferentes para análise. rodrigopereira Retângulo rodrigopereira Máquina de escrever certamente rodrigopereira Linha rodrigopereira Callout folha de dados: 182,7 rodrigopereira Callout 16,96% rodrigopereira Máquina de escrever Qual era o fundo de escala utilizado?nullEssa informação ajudaria na avaliaçãonulldo erro. rodrigopereira Máquina de escrever quais escalas???? Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira Tabela 4: Leitura da tensão em duas fontes CC. Tipo de fonte CC Valor nominal 1ª Medida Erro (%) 2ª Medida Erro (%) Rayovac 1,5 V 1,545 V 3% 1 V 33,33% Yolite 9 V 7,30 V 18,89% 8 V 11,11% A tabela 5 contém os dados da leitura da tensão de uma tomada de corrente elétrica de forma análoga à leitura anterior. Tabela 5: Dados referentes a leitura da tensão de uma tomada de corrente elétrica. Fonte CA 1ª Medida Erro (%) 2ª Medida Erro (%) 127 Vca 126,5 V 0,39% 125 1,57% Como observado nas tabelas 4 e 5, quando se varia a escala, ocorre um erro de arredondamento, o qual se propaga no erro percentual em comparação ao valor esperado, podendo aumenta-lo. Porém, no caso específico da bateria Yolite, o erro foi menor ao mudar a escala do multímetro. Pode-se observar que houve o arredondamento para um valor próximo do nominal, ocasionando a redução do erro percentual calculado. No circuito contendo a lâmpada incandescente, a corrente elétrica lida foi de 400 mA. Caso o multímetro estivesse posicionado no menor fundo de escala, resultaria em uma leitura errônea, visto que a corrente lida está na casa do miliampere. Por fim, utilizando o termopar, foi constatado que a temperatura da lâmpada acesa é de 78℃ . Caso houvesse a substituição do termopar por pontas de prova, não seria possível a leitura correta da temperatura. Pesquisa Categorias CAT Para poder possibilitar uma maior segurança e proteção para os profissionais que manuseiam multímetros, estes equipamentos foram separados em quatro diferentes categorias. Deste modo, é possível determinar qual equipamento é mais apropriado para a medição desejada. Estas categorias são: CAT I: Circuitos e equipamentos eletrônicos protegidos; CAT II: Aparelhos domésticos de uso geral; Tomadas ou pontos de alta tensão com circuitos de ramificações longas; CAT III: Barramentos e linhas de alimentação de plantas industriais; Painéis de distribuição; Tomadas ou conectores com conexões curtas em relação à entrada da rede da concessionária; CAT IV: Linhas de baixa tensão do poste até a construção; Linhas aéreas para edifícios isolados, linhas subterrâneas para bombas. Multímetros analógicos Os modelos analógicos têm funcionamento com base em um conjunto de bobinas elétricas associadas a um ímã, conhecido como galvanômetro. Quando a rodrigopereira Máquina de escrever quais as escalas? rodrigopereira Linha rodrigopereira Callout nenhuma rodrigopereira Linha rodrigopereira Linha rodrigopereira Callout 7,39 na F.D. Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira corrente passa pelo galvanômetro, cria-se um efeito eletromagnético que, juntamente a um mecanismo, possibilita a extração de informações de medidas das quais já foram citadas. Este tipo de multímetro é mais indicado para verificar variações de tensão. Por exemplo, ao medir a queda de tensão de uma bateriano carro, com o multímetro analógico é possível verificar a amplitude da queda do ponteiro indicador. Multímetros digitais Multímetros digitais trabalham diferente dos analógicos, cujo funcionamento é dado a partir de amplificadores internos e a circuitos adicionais que transformam os valores desejados em sinais digitais. Em geral os multímetros digitais possuem características melhores em relação ao analógico. No qual os mais notáveis são a apresentação de dados de medição em tela display (numérico) e sua precisão. Porém, no exemplo da bateria do carro citado anteriormente, o multímetro digital mostra diferentes números no painel, impossibilitando alguma conclusão. IV. CONCLUSÃO Através dos procedimentos realizados no laboratório, aprendemos a manusear e a utilizar um multímetro digital, nas funções de ohmímetro, de capacímetro, de voltímetro, de amperímetro e de termômetro. Foram realizados seis procedimentos, no qual o primeiro realizamos a medição da resistência de três resistores, utilizando o código de cores comercial, e chegamos aos resultados expressos na tabela 1, no segundo procedimento realizamos a medição dos mesmos resistores, mas dessa vez utilizando o multímetro e chegamos aos resultados obtidos na tabela 2, onde tivemos um valor muito discrepante no resistor (3) do valor que se era esperado. No terceiro procedimento obtemos os valores de capacitância comerciais e os valores medidos através do multímetro, onde também tivemos erro percentual muito maior no capacitor (3) em relação as outras medidas. No quarto procedimento obtemos os valores referentes à leitura da tensão em duas fontes de corrente contínua, utilizando duas escalas diferentes, mostrados na tabela 4. No quinto procedimento, no qual obtemos os resultados apresentados na tabela 5, podemos analisar a tensão de uma tomada de corrente elétrica, também configurado em duas escalas diferentes. E por fim no sexto procedimento utilizamos um termopar para realizar a medição de temperatura, de uma lâmpada acessa, e obtivemos o valor de 78℃. E, portanto, através da realização de todos os procedimentos aprendemos a manusear um multímetro digital, que em nossa área de estudo tem grande importância, e apesar de algumas dificuldades obtidas durante as análises, com um pouco de ajuda, conseguimos concluir toda a prática com total êxito. rodrigopereira Máquina de escrever ?? rodrigopereira Máquina de escrever ?? rodrigopereira Máquina de escrever Nas conclusões deveria-se ter explorado melhor os motivos pelos quaisnullocorreram os erros nas medições. Citar o efeito do corpo humano nas medidasnulle o efeito do uso de fundo de escalas muito maiores que o valor a ser medido. Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] H. Mattede. Quais são as categorias de multímetros?. Disponível em: <https://www.mundodaeletrica.com.br/quais- sao-as-categorias-de-multimetros/>. Acesso em: 20 de março de 2018. [2] TUIUTI. Qual o melhor multímetro: digital ou analógico?. Disponível em: <https://www.epi-tuiuti.com.br/blog/qual-o- melhor-multimetro-digital-ou-analogico/.>. Acesso em: 20 de março de 2018. [3] Newton C. Braga. Os segredos no uso do multímetro. 1ª ed. São Paulo, 2013 [4] CAVALCANTI, P. J. M. Fundamentos de eletrotécnica. 17ª Ed. Rio de Janeiro, Livraria Freitas Bastos S.A. rodrigopereira Máquina de escrever Os números das referências devem ser inseridos no texto, onde nullelas foram usadas.
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