Relatório Física Experimental Prática 11

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Universidade Federal do Ceará
Física Experimental para Engenharia
Prática 11 – Voltímetro e Amperímetro
Giovanni Oliveira Confalonieri – 390266
Turma 10
Professor Fabrício
01/11/2016 – 16 horas.
Sumário
Objetivos.........................................................................................................................03 
Material............................................................................................................................03 
Introdução........................................................................................................................04 
Procedimento...................................................................................................................06 
Questionário.....................................................................................................................08 
Conclusão........................................................................................................................11 
Bibliografia......................................................................................................................12 
Objetivos:
	Esta prática, segunda da área de eletricidade, tem vários objetivos:
Conhecer e utilizar funções voltímetro e amperímetro de um multímetro digital.
Estudar o funcionamento de um divisor de tensão.
Observar a influência da voltagem e da resistência sobre a corrente de um circuito.
Material:
	Os materiais usados para a realização da prática são: 
Fonte de Tensão regulável.
Placa de circuito impresso.
Resistor DE 1kΩ.
Placa com 5 resistores iguais em série.
Potenciômetro (10 kΩ).
Multímetro Digital (dois).
Cabos (cinco).
Introdução:
	Voltímetro:
	O voltímetro é, diretamente falando, um aparelho de medida da amplitude da tensão elétrica. Qualquer voltímetro, nada mais é do que um amperímetro ao qual se associa em série um resistor limitador de corrente. Externamente, é munido de duas pontas de prova de acesso e pode-se medir a tensão aos terminais de uma fonte de tensão constante por meio delas, dado um circuito, entre dois quaisquer pontos, ou ainda entre um qualquer ponto e a referência. 
 	É conhecido que a ligação de um voltímetro ao circuito é de tipo paralelo. Logo, afirmamos que, no procedimento de medição o instrumento compõe um caminho paralelo ao elemento ou circuito que se irá diagnosticar. Contudo, um voltímetro ideal realiza a medição da tensão sem absorver qualquer corrente elétrica e, por isso, exibe uma resistência elétrica de entrada infinita, configuração característica que garanta que não haja interferência do aparelho no funcionamento do circuito. 
Portanto, um voltímetro deve conservar as seguintes características: alta impedância de entrada; baixa corrente de entrada e, para medição de Tensão Alternada Elevada utiliza-se o TP (transformador de tensão). 
Passos para de como se dá o uso do voltímetro:
Ajustar o dispositivo, caso ele seja um multímetro, para a área certa de escalas de medição de tensão;
Escolha um intervalo superior a tensão máxima esperada;
Insira os terminais de teste no voltímetro;
Pegue e use as sondas sem tocar na parte metálica;
Toque o terminal de teste preto em uma parte do circuito, verificando a corrente no circuito;
Toque o terminal de teste vermelho, fechando o circuito paralelo e realizando a medida;
Aumente o intervalo de medição sempre que o medidor exibir “1” ou “OL” (sobrecarga);
Leia o valor no visor do voltímetro. 
Amperímetro:
 
O amperímetro é um instrumento de medida da amplitude da corrente elétrica. Ao contrário do processo de medição da tensão, a medição de uma corrente elétrica obriga a que o instrumento seja percorrido pela grandeza a diagnosticar. Um amperímetro ideal caracteriza-se pela capacidade de medir a corrente sem incorrer em qualquer queda de tensão entre os seus dois terminais. 
Um amperímetro trabalha com base na indução magnética que a passagem de corrente causa sobre determinado sensor, chamado galvanômetro. Nos amperímetros analógicos, o galvanômetro pode ser implementado como uma bobina sob a influência de um imã permanente. Deixando a bobina livre para girar em torno de um eixo, pode-se determinar a corrente que o atravessa, pela deflexão angular que ela sofre. 
Dado uma malha do circuito, onde há presença de corrente, de modo que a mesma corrente de malha passe circular pelo amperímetro, este é sempre inserido em série com o circuito para medição (quantificação e identificação) de corrente elétrica. 
Portanto, um voltímetro deve conservar as seguintes características, baixa impedância de entrada, baixa corrente de entrada e para medição de Corrente Alternada Elevada utiliza-se o TC (transformador de corrente). 
Procedimento:
	A prática foi dividida em duas partes, dois procedimentos distintos.
	Procedimento 01: Utilizando o Voltímetro:
1. 1. Anotou-se as escalas DC do voltímetro de sua bancada: 200mV; 2V; 20V; 200V e 600V. MEDIDAS DE TENSÃO CONTINUA: 
1.2. Colocou-se a fonte de tensão em 10 V. Escolheu-se uma escala apropriada no Voltímetro e mediu-se com o mesmo a tensão de saída da fonte. Anotou-se o valor medido nas Figuras 8 e 9. 
1.3. Foram feitas conexões como indicado na Figura 8. A tensão da fonte foi subdividida proporcionalmente aos valores das resistências. 
1.4. Mediu-se as tensões entre os pontos do circuito, como indicado na Tabela 1. Anotou-se o valor medido e a escala utilizada do Voltímetro. 
Tabela 01. Medidas de tensão.
	
	Vo1
	Vo2
	Vo3
	Vo4
	Vo5
	Valor Medido (V)
	2,09
	3,52
	6,02
	9,15
	10,09
	Escala Utilizada (V)
	20
	20
	20
	20
	20
	
	V15
	V12
	V23
	V34
	V45
	Valor Medido (V)
	7,99
	1,41
	2,51
	3,13
	0,94
	Escala Utilizada (V)
	20
	20
	20
	20
	20
	Com isso, averiguou-se que: V05 = V01(2,09) + V12(1,41) + V23(2,51) + V34(3,13) + V45(0,94)=10,09. Observação: na verdade, encontra-se 10,08, mas esse erro pequeno pode ser desprezado.
1.5. Mediu-se as tensões alternadas da bancada (tomadas da mesa e saída AC da fonte) indicando em cada caso o valor eficaz, seu valor de pico correspondente e a escala utilizada. 
Tabela 02. Medidas de tensão alternada.
	
	V nominal (V)
	Escala (V)
	Vef medido (V)
	Vpico (V)
	Tomada da Mesa
	220
	600
	222
	
	Saída da fonte 6V
	6
	20
	5,8
	
	Saída da fonte 12V
	12
	30
	12,1
	
 
	Procedimento 02: Utilizando o Amperímetro: 
	2.1. Anotou-se as escalas do amperímetro da bancada: 10A ; 200mA; 20mA;2000μA.
	2.2. Montou-se o circuito especificado, para medir a corrente, fornecida pela fonte de tensão, que passa através do resistor R.
	2.3. No voltímetro optou-se por uma escala tendo em mente que, segundo a Tabela 03, a tensão nominal máxima será de 10 V. No amperímetro escolheu-se uma escala tendo em mente a corrente máxima (queserá calculada a seguir) para uma tensão de 10 V e uma resistência de 120 kΩ. Cálculo da corrente máxima esperada e indicação da escala a ser utilizada: U=R.i; 10=120.1000.i ... i=8,3.10-5.
2.4. Escolheu-se a tensão na fonte de modo que sobre o resistor de 120 kΩ seja aplicada cada uma das tensões indicadas na Tabela03. Anotou-se as correntes correspondentes e as tensões efetivamente aplicadas.
	Tabela 03. Circuito para medida de corrente em função da tensão.
	V (volts), sugerida
	V (volts), efetivamente aplicada
	I (μA)
	V/I(ohms) 
	2
	2,01
	16
	0,12
	4
	4,00
	33
	0,12
	6
	5,99
	50
	0,12
	8
	8,00
	67
	0,12
	10
	10,02
	84
	0,12
2.5. Mediu-se as resistências: R1, R1 + R2, R1 + R2 + R3, etc; como indicado na Tabela 5. Lembre-se de que, ao medir a resistência, o resistor não pode estar ligado ao circuito e nem pode estar alimentado por uma fonte de tensão. 
Tabela 04. Corrente em função da resistência.
	Resistores
	Rmedido(Ω) 
	I(μA) 
	R1 
	118. 103
	83
	R1+R2
	0,240.106
	40
	R1+R2+R3 
	0,359.106
	26
	R1+R2+R3+R4 
	0,478.106
	20
	R1+R2+R3+R4+R5 
	0,600.106
	15
Questionário:
 Indique a escala do multímetro que você utilizaria para medir as seguintes tensões: 
( c ) bateria de um automóvel 	
 R – 200V.
( b ) alimentação do chuveiro elétrico 
 R – 600V. 
( a ) arranjo de 6 pilhas comuns em série. 
 R - 20V.
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.
R – Primeiro, devemos calcular a resistência equivalente, onde devemos ter que Req = R1 + Req23; e 1/Req23 = 1/R2+1/R3. Logo, Req = 350 Ω.
Além disso, devemos determinar a corrente total que passa pelo circuito: U=R.i; 10V = 350 Ω . i... i=0,028A.
 Agora, a parte mais simples: como R1 não faz parte de nenhum nó, como R1 não está ligado em paralelo com outro resistor, ou seja, como a única maneira de “ligar” um ponto anterior à um ponto posterior de R1 é passando pelo próprio R1, a voltagem que passa por R1 é 0,028A. No caso de R2 e R3, a corrente se divide (e como são resistores de mesma resistência, se divide de maneira igual), logo a corrente que passa por R2 e R3 é a mesma e igual a 0,014A.
Considere o circuito esquematizado abaixo.
Desenhe o circuito novamente, mostrando como você ligaria um amperímetro para medir a corrente fornecida pela fonte E. 
R – Como o amperímetro deve ser ligado em série, abre-se o circuito e conecta-se o amperímetro.
Faça um outro desenho mostrando como medir a corrente em R1.
R – Como o voltímetro deve ser ligado em paralelo, eis a configuração mais apropriada.
Em relação ao circuito da questão anterior, calcule a corrente em cada resistor e indique a escala do amperímetro apropriada em cada caso.
R – Primeiro, é importante descobrir qual a corrente que passa no circuito todo. Para isso, devemos usar U=R.i. Mas antes, devemos descobrir qual a resistência equivalente do circuito. 1/Req12 = 1/R1 + 1/R2 = 90,90 Ω. ReqTOTAL = R3 + Req12 = 100,90 Ω.
A corrente que percorre todo o circuito é 10 V = 100,90 Ω.i... i=9,910.10-2A.
Logo, em R3 a corrente que passa é a mesma corrente total do circuito, 9,910.10-2A.
No caso da corrente que passa em R1 e R2, faremos o seguinte cálculo: a corrente que entra é a mesma que sai e é a mesma corrente total do circuito. Porém, a corrente vai se dividir de tal maneira que a corrente que passa em cada resistor é inversamente proporcional à resistência do resistor. Tomemos como i1 e i2 as correntes que passam por R1 e R2, respectivamente.
Assim, i1+i2=9,910.10-2A. (soma das correntes é igual a corrente total que atravessa o circuito) e como R1 = 10.R2; a corrente que passa por R2 é proporcional em 10 para 1 da corrente que passa por R1. Por fim, se dividirmos a corrente total pelo somatório das resistências, temos que: 9,910.10-2A/(1000+100) Ω = 9,009.10-5 A/ Ω. A corrente i1 = 9,009.10-3 A. A corrente i2 = 9,009.10-2 A. Escala de 2 V em todos os casos.
Faça o gráfico de V versus I com os resultados da Tabela 11.4.
Faça o gráfico de I versus R com os resultados da Tabela 11.5.
Conclusão:
O manuseio de funções do multímetro, como voltímetro e amperímetro, é facilmente identificado e usado tomando-se as devidas precauções. Além disso, é notória a percepção da alteração da corrente quando se altera um resistor ou a voltagem em um circuito. 
Para realização das medições (quantificação e identificação) de corrente elétrica utilizamos o amperímetro. O amperímetro ideal é representado como um curto-circuito (Resistência muito pequena), o que impede que este instrumento interfira na grandeza medida. Para medir o sinal de corrente com amperímetro fez-se necessário interferir no circuito, para colocar o instrumento de medida em série. 
Para medição (quantificação e identificação) de tensão utilizamos o voltímetro. O voltímetro ideal é representado como um circuito aberto (Resistência muito alta), o que impede que o voltímetro interfira na grandeza medida. Um voltímetro mede a tensão ou diferença de potencial EV entre seus terminais. Para fazê-lo medir a diferença de potencial ER entre os terminais do resistor é necessário conectá-lo em paralelo com o resistor, de forma que EV = ER. Se a resistência interna do voltímetro for muito maior que a resistência externa (RV>> R) esse efeito será desprezível, portanto é desejável que um voltímetro tenha resistência tão grande quanto possível. Logo, se fez necessário receber orientações quanto o uso de escalas de grande valor no manuseio do aparelho. 
Portanto, por meio do experimento conseguimos obter os valores das tensões e das amperagens, com as respectivas resistências do sistema em estudo. Em relação às escalas adotadas para efetuar as medidas tanto de corrente como de tensão, percebemos que escalas diferentes implicam em alterações nos valores das resistências internas dos instrumentos. 	Por meio dos resultados obtidos foi possível concluir que o aumento na escala durante a medida da corrente elétrica, implicou numa diminuição da resistência interna do amperímetro fazendo com que a influência do mesmo no circuito diminua. Em relação à medida de tensão, ao aumentarmos a escala durante a medida de tensão, verificamos que a sua resistência interna aumentava fazendo com que a influência do mesmo diminua; ou seja, tanto para o amperímetro quanto para o voltímetro, ao aumentarmos a escala durante a 
medida, estaremos simultaneamente diminuindo a influência de ambos instrumentos no circuito.
Bibliografia:
AFONSO, Antonio Pereira; FILOLI, Enio. Eletrônica: circuitos elétricos. São Paulo: Fundação Padre Anchieta, 2011 (Coleção Técnica Interativa. Série Eletrônica, v. 1). 
COMO USAR O VOLTÍMETRO. Disponível em <http://pt.wikihow.com/Usar-um-Volt%C3%ADmetro> Acesso em 02 de novembro de 16. 
INSTRUMENTOS DE MEDIDAS. Disponível em <http://www.ufrgs.br/eng04030/Aulas/teoria/cap_01/instrume.htm> Acesso em 02 de novembro de 16.
SEARS, W. Francis, ZEMANSKY, W. Mark, YOUNG, D. Hugh e FREEDMAN, A. Roger, Física 3. Décima segunda Edição - 2008. Pearson Addison Wesley. São Paulo.
ALONSO, Marcelo e FINN, Edward, Fısica, um curso universitário - Volume 3 - Eletricidade. Décima reimpressão - 2002. Editora Edgard Blucher Ltda.
NUSSENZVEIG, H. Moyses, Curso de Física Básica, Volume 3 - Eletromagnetismo. Quarta Edição - 2002. Editora Edgard Blucher Ltda.
HALLIDAY, David, RESNICK, Robert e KENNETH, Krane S., Física 3. Quinta Edição - 2003. LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora. S.A. Rio de Janeiro.
TIPLER, Paul A., MOSCA, Gene, Física para cientistas e engenheiros, Volume 2 Eletricidade. Sexta Edição, 2009. LTC – Livros Técnicos e Científicos. S. A. Rio de Janeiro.
CALÇADA, S. Caio. SAMPAIO, J. Luiz, Física Clássica, Volume 3 – Eletricidade e Física Moderna. 1 edição, 2012. Saraiva S. A. São Paulo.