PRATICA 11 - Física Experimental

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ - UFC 
CENTRO DE CIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
DISCIPLINA DE FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA 
 
 
PRÁTICA 11: 
RELATÓRIO SOBRE VOLTÍMETRO E AMPERÍMETRO 
 
 
 
Nome: Márcia Eduarda Santos Rodrigues 
Curso: Engenharia Civil 
Matrícula: 427701 
Turma: 6A 
Professor: Juan Hernandez 
Data da prática: 30/10/2018 
Horário de realização da prática: 08 às 10h 
 
 
 
FORTALEZA 
2018 
 
 
MÁRCIA EDUARDA SANTOS RODRIGUES 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 11: 
RELATÓRIO SOBRE VOLTÍMETRO E AMPERÍMETRO 
 
 
 
 
 Trabalho apresentado ao Curso de 
Engenharia Civil do Centro de Tecnologia 
da Universidade Federal do Ceará, como 
sendo requisito para aprovação na 
disciplina de Física Experimental para 
Engenharia. Área de concentração: 
Laboratórios do Departamento de Física. 
Orientador: Prof. Juan Hernandez 
 
 
 
 
 
FORTALEZA 
2018 
 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 4 
2. OBJETIVOS.............................................................................................................. 6 
2.1. Objetivos Gerais ................................................................................................ 6 
3. MATERIAIS ............................................................................................................. 6 
4. DESENVOLVIMENTO ........................................................................................... 7 
5. QUESTIONÁRIO ................................................................................................... 13 
6. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 17 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 18 
4 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
Os instrumentos de medição são fundamentais para experimentos práticos para 
visualização de diversas grandezas, na prática em questão conheceremos e utilizaremos 
um multímetro, equipamento este que é usado para medir grandezas elétricas. Ele é a 
junção de diversos instrumentos em um só e apresenta basicamente o voltímetro, 
amperímetro e ohmímetro, mas pode apresentar variações como frequêncímetro e 
termômetro. 
Na prática anterior aprendemos sobre a resistência elétrica e também sobre o 
ohmímetro, que é um aparelho mais simples. Já o voltímetro e o amperímetro deve-se 
tomar cuidado, pois, diferente do ohmímetro, um erro durante a medição pode queimar 
o instrumento. 
O voltímetro é um instrumento que mede a diferença entre potenciais, por isso que 
nas suas medições devemos utilizar o aparelho em paralelo ao potencial que desejamos, 
pois se colocarmos em série ele medirá o mesmo potencial, para compreensão, se o 
voltímetro for colocado em série é como se tivéssemos curto-circuitando as ponteiras do 
instrumento, logo medirá zero volt. 
Vale ressaltar que o instrumento segue em dois ramos distintos, o primeiro é o 
digital, amplamente utilizado atualmente, devido ao seu custo-benefício ser maior, e é 
feito de sensores e algoritmos para efetuar a medição. O segundo é o analógico que tem 
como base um galvanômetro de alta resistência elétrica. Desse modo, é mais fácil de 
entender o porquê da medição em paralelo com ele, uma vez que ele apresenta uma alta 
resistência, a corrente que passa no circuito tentará evitar esse caminho e, caso passe 
para ele (medição em série), terá uma queda de tensão muito alta. Não esquecendo de 
que há a relação entre a tensão, resistência e corrente definida como: U=R*I – Equação 
1. Se a resistência é alta e a tensão é fixa então a corrente tenderá a zero. 
Nesses dois tipos de voltímetro ainda temos mais uma divisão, a medição em 
corrente alternada e a corrente contínua. Na corrente alternada o multímetro mede o 
valor eficaz, que nada mais é do que selecionar o pico de tensão máximo em uma das 
polaridades e dividir pela raiz de dois, isto é, em termos técnicos, é a tensão que dissipa 
a mesma potência em um resistor caso a tensão estivesse em corrente contínua. Além 
disso, pelo próprio nome alternada, se sabe que alterna os polos de forma senoidal e, no 
5 
 
Brasil, essa taxa são de 60 vezes em um segundo, ou 60Hz. Por outro lado temos a 
tensão contínua que mede o valor instantâneo do circuito e não inverte a polaridade. 
 
Figura 1: Tipos de correntes 
 
Fonte: Ibyte (2018) 
 
Outro instrumento importante é o amperímetro que, do mesmo modo que o 
voltímetro apresenta duas variações: corrente alternada e contínua, mas, diferente do 
deste, sua medição deve ser em série, pois a corrente do ramo que deseja ser medido 
deve passar pelo instrumento. Lembrando que os dois instrumentos apresentam escalas 
e, caso seja subdimensionada, poderá acarretar na queima do equipamento. Abaixo 
temos o equipamento utilizado nessa prática. 
 
Figura 2: Multímetro 
 
Fonte: autor (2018) 
 
 
6 
 
 
2. OBJETIVOS 
2.1. Objetivos Gerais 
O intuito da prática a cerca do voltímetro e amperímetro é conhecer e utilizar as 
funções deles em um multímetro digital, estudar como se modifica a corrente em um 
circuito quando se varia a voltagem, mantendo constante a resistência. Outro aspecto 
importante é o estudo de como se modifica a corrente em um circuito quando se varia a 
resistência, mantendo constante a tensão aplicada. 
 
 
3. MATERIAIS 
 
 Fonte de tensão regulável; 
 Placa de circuito impresso; 
 Placa com 5 resistores iguais em série; 
 Resistor de 330 k𝛺; 
 Cabos (cinco); 
 Multímetros digitais. 
 
Figura 3: Materiais da prática 
 
Fonte: autor (2018) 
7 
 
 
4. DESENVOLVIMENTO 
Para iniciar os procedimentos desta prática foram introduzidos alguns cuidados a 
cerca do voltímetro, sendo eles: atentar para a escolha da escala, uma vez que uma 
escolha errada pode queimá-lo; os terminais do instrumento têm de serem ligados em 
paralelo com os outros materiais que se deseja medir a tensão; além de ter cuidado onde 
está conectando no local do instrumento, uma vez que há um específico para correntes 
contínuas e alternadas. 
O primeiro procedimento foi referente ao voltímetro. Algumas etapas executadas 
são tais quais: a verificação das escalas presentes no instrumento, isto é, o valor 
máximo suportado por cada chave seletora dele. A tabela 1 apresenta as categorias 
encontradas nele, sendo a menor a de 20 mV e a maior 600 V. 
 
Tabela 1: escalas DC do voltímetro 
200 mV 2 V 20 V 200 V 600 V 
Fonte: autor (2018) 
 
 Além disso, as medidas de tensões contínuas foram estudadas por meio da 
montagem do circuito 1, no qual contou com o circuito impresso que teve a saída 
positiva da fonte conectada ao seu terminal vermelho enquanto que a negativa da fonte 
estava ligada com o outro terminal dele. Vale salientar que, antes de fazer essas 
conexões, a fonte foi colocada em uma tensão de 12 Volts e a escala no voltímetro 
estava em 20 V, a fim de se adequar à tensão da fonte. O intuito dessa etapa era medir 
as tensões em cada ponto, de acordo com a tabela 2. 
 
Tabela 2: Medidas de tensão. 
 
Valor medido 2,41 4,04 6,96 10,61 11,71 
Escala utilizada 20 20 20 20 20 
 
Valor medido 9,20 1,62 2,91 3,63 1,08 
Escala utilizada 20 20 20 20 20 
Fonte: autor (2018) 
 
 Adentrando nos detalhes, inicialmente foi verificada no voltímetro a tensão real 
da fonte que, como se pode observar na figura 6, estava por volta de 11,73 Volts. 
Lembrando que, emnível de cálculos esse será o valor adotado como tensão da fonte 
8 
 
utilizada. Em seguida, os cabos vermelhos e pretos foram colocados em contato com os 
pontos correspondentes do circuito, de acordo com a ordem plotada na tabela 2. 
 
Figura 4: Circuito impresso conectado à fonte 
 
Fonte: autor (2018) 
 
Finalizando o aprofundamento nas tensões contínuas, foi feita a constatação das tensões, 
de forma que = + + + + – Equação 2. 
 = + + + + 
 = 11,64 
Há um erro percentual de: 
 
 𝑜 
 
 
 – Equação 3 
 
 𝑜 
 
 
 𝑜 
 
9 
 
A segunda etapa é referente às medidas de tensão alternada. Não esquecendo que 
ela é equivalente à tensão eficaz ( ), ela é a tensão constante que, quando aplicado a 
um resistor, produzirá a mesma dissipação de potência e é calculada por: 
 
 
 √ 
 - Equação 5, cujo é o valor máximo ou valor de pico da tensão. O 
desenvolvimento se deve as medidas das tensões: tomada da mesa, saída da fonte 6 V e 
12 V, conforme a tabela 3. 
 
Tabela 3: Medidas de tensão alternada. 
 
 
 (V) Escala (V) 
 
 (V) (V) 
TOMADA DA MESA 220 600 217 306,89 
SAÍDA DA FONTE 6 V 6 200 5,7 8,06 
SAÍDA DA FONTE 12 V 12 200 11,7 16,54 
Fonte: Autor (2018) 
 
 Os cabos (vermelho e preto) são colocados em cada terminal do componente a 
ser medido a tensão. O primeiro foi a tomada, como se pode ver na figura 7. Os demais 
componentes da tabela 3 foram medidos da mesma forma. 
 
Figura 5: Medição da tensão alternada da tomada 
 
Fonte: autor (2018) 
 
Por fim, o cálculo da tensão de pico se deu: 
A tensão alternada da tomada √ 
 A tensão alternada da saída da fonte 6 V √ 
A tensão alternada da saída da fonte 12 V √ 
10 
 
 O segundo procedimento consiste em aprofundar os estudos a cerca do 
amperímetro e como utilizá-lo como ferramenta. A priori, foram averiguadas as escalas 
presentes no instrumento de medição utilizado, isto é, o multímetro. A tabela 4 
demonstra os resultados dessa primeira análise. 
 
Tabela 4: Escalas do amperímetro 
2000 uA 20 mA 200 mA 
Fonte: autor (2018) 
 
 A etapa seguinte, antes de ser realizada qualquer ligação, se calcula a 
corrente máxima do circuito que foi feita a medição. Como a tensão na fonte foi 
ajustada em 10 V e o resistor é de 330 kΩ, então a corrente será obtida de acordo com a 
equação 6: 
 
Equação 6: IMAX 
tensão
resistência
 
 
 
 = 30,30 µA 
 
Então a escala foi ajustada para 2000 uA. Em seguidas, foram realizadas as 
medições solicitadas no circuito indicados aumentando a tensão, conforme a figura 6 e 
obtivemos os seguintes resultados presentes na tabela 5: 
 
Tabela 5: Medidas de corrente versus voltagem 
V (Volts) * V (Volts) ** I ( ) V/I (ohms) 
2 2,00 5 400 000 
4 4,00 11 363 637 
6 5,98 17 351 165 
8 8,00 23 347 826 
10 9,99 30 330 000 
Fonte: autor (2018) 
 
 Vale ressaltar que foram utilizados os dois multímetros. Um com a função de 
medir a corrente, isto é, com a chave seletora voltada para as escalas em amperes e o 
outro medindo as diferentes tensões em volts. Além disso, o circuito foi montado com a 
utilização do resistor de 330 kΩ e, em nível de cálculos a tensão efetivamente aplicada 
foi aquela cujo valor foi obtido pela verificação com o voltímetro e não a sugerida. 
 
 
 
 
 
11 
 
 
 
 
Figura 6: Montagem do circuito para medição da corrente em função da tensão 
 
Fonte: autor (2018) 
 
 Após medir a variação de corrente, à medida que se aumenta a tensão, é 
verificado o comportamento da corrente quando se varia a resistência em um circuito, 
resultando na tabela abaixo: 
 
Tabela 6: Corrente em função de resistência 
Resistores (𝛺) I ( ) 
 119 000 84,03 
 238 000 42,01 
 357 000 28,01 
 479 000 20,88 
 595 000 16,81 
Fonte: autor (2018) 
 
 A última parta desse procedimento é iniciada com a colocação da fonte em 10 V 
e, em seguida, a montagem do circuito, conforme a figura 7. Não esquecendo de que a 
resistência dos resistores foi medida de duas formas: código de cores e pelo ohmímetro, 
ambas foram semelhantes e a corrente foi calculada por meio da Equação 6. 
 
 
 
 
12 
 
 
Figura 6: Medição da corrente em função da resistência 
 
Fonte: autor (2018) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
5. QUESTIONÁRIO 
 
I. Indique a escala do multímetro que você utilizaria para medir as seguintes 
tensões: 
a) Arranjo de 4 pilhas comuns em série 
RESPOSTA: Como as quatro pilhas estão em série a tensão é somada. Por padrão, 
as pilhas comuns têm 1,5 V. Logo a tensão total é 1,5V * 4 = 6 V. A melhor escala 
para ler é a de 20 V, dentre todas as indicadas no procedimento. 
 
b) Alimentação de um chuveiro elétrico residencial 
RESPOSTA: A tensão eficaz no estado do Ceará é de 220 V monofásico, como a 
escala de 200 V é menor que a tensão em questão, então a melhor é a próxima que é 
a de 600 V. 
 
 
c) Bateria de um automóvel 
RESPOSTA: A diferença de potencial de uma bateria de carro pode variar entre 12 V 
e 15 V, dependendo se o carro estiver em funcionamento ou não, portanto para essa 
faixa de valores a melhor escala é a de 20 V. 
 
II. Considere o circuito ao lado onde R1 = 300 Ω e R2 = R3 = 200Ω. Sabendo 
que a fonte está regulada em 10 V, determine a voltagem a que está 
submetido cada um dos resistores R1, R2 e R3. 
 
RESPOSTA: 
Incialmente, é necessário calcular a resistência equivalente do conjunto de 
resistências apresentados, uma vez que R2 e R3 estão em paralelo, temos que: 
 𝑒𝑞 (
𝑅2∗𝑅3
𝑅2+𝑅3
) (
 2
 
) Ω. 
Desta forma, a corrente que passa pelo circuito é calculada por meio da relação: 
𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 
𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜
 𝑒𝑞
 
 
 
 
 
 
 
Tendo esses dados, já se pode calcular a tensão em cada resistor 
individualmente. 
14 
 
Para o R1: 𝑅 𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 R 
Como R2 e R3 estão em paralelo, a tensão é a mesma para ambos, logo, se usa a 
resistência equivalente deles. 
Para o R2: 𝑅 𝑅 𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 
 
III. Considere que no circuito esquematizado abaixo: E = 10 V, R1 = 1,0 kΩ, R2 
= 100 Ω e R3 = 20 Ω. 
 
a) Desenhe o circuito novamente, mostrando como você ligaria um 
amperímetro para medir a corrente fornecida pela fonte E. 
RESPOSTA: Como se pode observar no desenho, a ligação deve ser com o 
amperímetro em série com a fonte logo em seguida da mesma. 
 
Figura 10: Desenho da inserção de um amperímetro 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: Autor (2018) 
 
 
b) Faça outro desenho mostrando como medir a corrente em R1. 
RESPOSTA: Novamente para medir a corrente temos que usar o amperímetro em 
série com o que devemos medir, nesse caso o nosso escolhido foi a resistência R1 e 
por isso o amperímetro foi usado no seu mesmo ramo. 
Figura 10: Desenho da inserção de um amperímetro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: Autor (2018) 
 
 
IV. Em relação ao circuito da questão anterior, calcule a corrente em cada 
resistor e indique a escala do amperímetro apropriada em cada caso.15 
 
RESPOSTA: Para facilitar o desenvolvimento da questão é mais vantajoso encontrar 
a resistência equivalente total do circuito e em seguida a corrente total, e, como 
podemos observar no circuito, R1 está em paralelo com R2 e esses dois por sua vez 
estão em série com R3, logo: 
 𝑒𝑞 (
 ∗ 
 
) Ω 
Com a resistência equivalente conseguimos encontrar a corrente total: 
𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 
 
 
 
A corrente que passa por R3 é a corrente total, então sua queda de tensão é: 
 𝑅 x 
Como a tensão da fonte é 10 V, e sabendo que a tensão em cima dos resistores R1 e 
R2 são iguais, logo: 
 𝑅 𝑅 − V V 
Agora, vamos aplicar essa tensão com os respectivos valores de resistência: 
𝐼𝑅 
 𝑅 
 
 
 
 
 𝑚 
𝐼𝑅 
 
 
 𝑚 
𝐼𝑅 𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 A 
Sendo assim a escala mais conveniente para usar no resistor 1 é a de 20 mA e para 
os resistores 2 e 3 a escala é de 200 mA, baseando-se nas escalas do multímetro da 
prática atual. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
V. Faça o gráfico de V versus I com os resultados da tabela 5. 
RESPOSTA: 
 
Gráfico 1: Corrente x voltagem 
 
Fonte: Autor (2018) 
 
 
VI. Faça o gráfico de I versus R com os resultados da tabela 6. 
RESPOSTA: 
 
Gráfico 2: Corrente x resistência 
 
Fonte: Autor (2018) 
 
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15 20 25 30 35
V
o
lt
ag
em
 (
V
o
lt
s)
 
Corrente (µA) 
 Corrente versus Voltagem 
V/I (ohms)
Linear (V/I (ohms))
0
20
40
60
80
100
120
100 200 300 400 500 600
C
o
rr
en
te
 (
µ
A
) 
 
Resistência ( kὨ ) 
 Corrente versus resistência 
Experimental
Potência (Experimental)
17 
 
 
6. CONCLUSÃO 
Diante do exposto, é sucinto afirmar que foi aprendido que os instrumentos podem 
ser analógicos ou digitais, de corrente alternada ou contínua e se adaptam em várias 
escalas para fazer suas específicas medições. Além disso, o comportamento da corrente 
quando é variada a tensão e resistência e o impacto disso para o circuito elétrico. Pode-
se citar também, adentrando no estudo de circuito, que conhecê-los e se familiarizar a 
cerca da sua montagem (se está em série, paralelo ou misto) é comprometedor para o 
desenvolvimento desta prática. 
Outro aspecto importante, ainda, é que, durante o procedimento, foi possível obter 
valores muito próximos dos esperados, entretanto foram verificados erros percentuais, 
demonstrados ao longo do capítulo 4 deste relatório. Como exemplo, se pode citar a 
soma das tensões sob os resistores, que variou em relação à queda de tensão total, o qual 
pode ser explicado pelo fato de que, possivelmente, hajam soldas más feitas ou alguma 
ligação frouxa, já que os materiais foram usados outras vezes. 
 Outro resultado que distinguiu do esperado foi as das medições em CA que 
tivemos uma variação, tanto da tomada, quanto da saída da fonte, que, novamente, pode 
ser explicado devido, na tomada, a tensão, possivelmente, ser menor por conta da queda 
de tensão no cabo ou equipamentos indutivos que baixam o fator de potência e 
aumentam a corrente causando uma queda de tensão. Além disso, pelo lado da fonte, o 
erro está conectado diretamente a tomada, pois, já que a tomada não entrega o nominal, 
a fonte também não entrega o nominal, seguindo sempre a proporção. 
Por fim, no restante, a prática conseguiu manter-se dentro dos padrões e obter 
resultados empolgantes que reforçam os cálculos teóricos e entregam todo o 
embasamento teórico-prático que estudantes de engenharia necessitam. 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
1. DIAS, N. L., Roteiro de aulas Práticas de Física. Fortaleza: 
Universidade Federal do Ceará, 2018.; 
2. HALLIDAY, David, Resnik Robert, Krane, Denneth S. Física 3, volume 2, 5 
Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004. 384 p. - Visitado em 12/10/2018 às 12:26;