Relatório da prática 11 - Voltímetro Turma 19

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA 
SEMESTRE 2020.2 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 11 - VOLTÍMETRO (VIRTUAL) 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO: Gerson de Pontes Costa 
MATRÍCULA: 496415 
CURSO: Engenharia Química 
TURMA: 19 
PROFESSOR: José Avelar Sousa da Silva / Francisco Nepomuceno Filho 
DATA E HORA DA REALIZAÇÃO DA PRÁTICA: 25/02/2021 ÀS 14:00 h 
OBJETIVOS 
 - Conhecer e utilizar a função voltímetro de um multímetro digital. 
- Verificar o comportamento de um circuito divisor de tensão. 
- Estudar alguns aspectos da tensão alternada. 
 
MATERIAL 
 - Filme de Ana Maria Braga ensinando equivocadamente como usar um 
multímetro para medida de tensão alternada. 
 Link: https://www.youtube.com/watch?v=wQy84z4cxMU 
 - Filme mostrando o multímetro Minipa ET 1005 (modelo existente no 
Laboratório de Física para Engenharia), sendo utilizado corretamente numa medida de 
tensão alternada. 
Link: https://www.youtube.com/watch?v=PKrgpQpS7ik 
 - Simulação de um VOLTÍMETRO para realizar os procedimentos desta prática. 
Link: https://www.geogebra.org/m/vzq9vzuv 
 
INTRODUÇÃO 
 Voltímetro: A atividade prática tem como objetivo geral obter conhecimentos 
acerca do funcionamento e da utilização do voltímetro, tal equipamento é descrito como 
um “ aparelho utilizado para medir a diferença de potencial entre dois pontos; por esse 
motivo deve ser ligado sempre em paralelo com o trecho do circuito do qual se deseja 
obter a tensão elétrica.”(SANTOS,2016). 
A diferença de potencial medida por esse instrumento é dada pelo contraste entre 
dois pontos de um circuito, sendo essencial ao funcionamento deste, sendo denominada 
comumente como DDP ou tensão. Na prática realizada, o voltímetro será acessado por 
meio de um multímetro digital, equipamento que agrega medidas de tensão, corrente, 
resistência, entre outras. 
Fonte: Usinainfo(2020), acesso em 26/02/2021 
 
 Tensão contínua e alternada: “A tensão contínua é aquela que não muda de 
polaridade com o tempo, isto é, apresenta um polo sempre positivo e o outro sempre 
negativo.”(DIAS,2020), tal tensão está presente frequentemente em pilhas e baterias. 
Enquanto a tensão alternada não possui polo fixo, alternando o positivo e negativo com o 
tempo, esse modelo de tensão está presente na rede elétrica de casas. 
 Circuito divisor de tensão: Segundo o eletricista Henrique Mattede, o circuito 
divisor de tensão surge na situação em que a tensão sobre um resistor em uma associação 
em série é igual ao valor da resistência multiplicado com o valor da corrente, uma vez 
que em circuitos em série, a corrente é a mesma em todos os elementos. Seguindo a lei 
de Ohm, temos que a corrente total é igual à tensão total dividida pela soma das 
resistências, portanto, o valor da tensão em uma resistência é igual à multiplicação desta 
resistência com a tensão, dividida pela soma dos resistores. 
 
Fonte: LearningAboutEletronics (2012), Acesso em 26/02/2021 
A partir da situação descrita, temos as seguintes equações referentes a um circuito 
divisor de tensão : 
Resistência : R = U/i 
Resistência equivalente : Re = R1 + R2 + R3 + ....... + RN 
Corrente : i = U/Re 
Tensão: UN = (RN / RT) U e U = U1 + U2 + U3 + ....... + UM 
 
Medidas de tensão alternada: A tensão alternada medida em um equipamento 
trata-se apenas da tensão eficaz, que é dada pela equação: VEF = VP / √2, já que Vp 
corresponde ao valor máximo que essa tensão pode alcançar, sendo descrito por meio de 
uma trajetória senoidal, como a presente no gráfico a seguir: 
 
Fonte: DesterroEletricidade (2020), Acesso em 26/02/2021 
 
Instalações elétricas residenciais: os cuidados com a tensão possuem 
fundamental importância ao bom funcionamento dessas instalações, com isso existem 
normas de controle como com relação às tomadas, as quais devem conter um ponto 
neutro, o ponto terra no meio e o ponto fase à direita, e a medida de tensão entre as duas 
extremidades deve ser igual ao modelo padrão (220V ou 110V) e a medida de qualquer 
extremidade com o ponto terra deve ser igual a zero. 
 
 
 
PROCEDIMENTO 
1- Medidas de tensões contínuas. 
1.1 - Coloquei a fonte da tensão em seu valor máximo 
1.2 - Escolhi uma escala apropriada do voltímetro e medi a tensão de saída 
da fonte, conectando o cabo vermelho no terminal positivo e o azul no terminal 
negativo. 
1.3 - Em seguida, anotei a escala apropriada e o valor medido. 
Escala do Voltímetro: 1000 V Tensão medida: 650 V 
 
 1.4 - Regulei a fonte de tensão para 12 V. 
 1.5 - Escolhi na simulação o circuito 2. 
 1.6 - Medi as tensões entre os pontos do circuito, como indicado na tabela 
11.1. E anotei os valores medidos e escalas apropriadas utilizadas no voltímetro. 
 Tabela 11.1. Medidas de tensão para o Circuito 2 e U = 12 V. 
 VBC VBD VBE VBF VBG 
Valor Medido 1.25 3.60 7.22 12.00 12.00 
Escala Utilizada 20 20 20 20 20 
 VAF VCD VDE VEF VFG 
Valor Medido 12.00 2.35 3.62 4.78 0.0 
Escala Utilizada 20 20 20 20 20 
Fonte: Elaborada pelo autor 
 
1.7 - Utilizando os valores medidos, calculei U = VBC + VCD + VDE + VEF. 
Anotando U = 1.25 + 2.35 + 3.62 + 4.78 = 12 V 
1.8 - Regulei a fonte de tensão para 100 V e escolhi o Circuito 3. 
1.9 - Repeti os procedimentos utilizados na tabela 11.1. na tabela 11.2. 
 
Tabela 11.2. Medidas de tensão para o Circuito 3 e U = 100 V. 
 VBC VBD VBE VBF VBG 
Valor Medido 29.4 31.0 43.3 100.0 100.0 
Escala Utilizada 200 200 200 200 200 
 VAF VCD VDE VEF VFG 
Valor Medido 100.0 1.6 12.3 56.7 0.0 
Escala Utilizada 200 200 200 200 200 
Fonte: Elaborada pelo autor 
 
1.10 - Utilizando os valores medidos, calculei U = VBC + VCD + VDE + VEF. 
Anotando U = 29.4 + 1.6 + 12.3 + 56.7 = 100 V 
 
QUESTIONÁRIO 
01 - 1-Indique e justifique a escala do multímetro HYX DT830D que você utilizaria para 
medir as seguintes tensões: 
( a ) arranjo de 4 pilhas comuns em série 
Resposta: Escala de 20 V de tensão contínua, haja vista que uma pilha comum apresenta 
tensão entre 1 e 2 Volts, assim um arranjo de quatro delas possuiria em torno de 4 a 8 
volts. 
( b ) alimentação de um chuveiro elétrico residencial 
Resposta: 2000 V de tensão contínua, haja vista que a maioria dos chuveiros elétricos 
residenciais opera entre 127 e 220 V. 
( c ) bateria de um automóvel 
Resposta: 20 V de tensão contínua, pois a maioria dos automóveis possui a bateria com 
configuração de 6 pilhas de 2V arranjadas em série, o que totaliza 12 V. 
 
02 - Considerando o circuito divisor de tensão presente no roteiro da prática : 
Um estudante mediu a diferença de potencial entre E e F e encontrou 12,7 V. Entre D e F 
encontrou 27,1 V, entre B e C encontrou 33,8 V. Qual a diferença de potencial entre D e 
E e entre C e D? 
Resposta : Como o circuito está disposto em série, temos : 
U = UBC + UCD + UDE + UEF = 80 V 
Dividindo os polos, ficamos com: 
40 V = UBC + UCD → 33,8 + UBC = 40 
UBC = 40 - 33,8 = 6,2 V 
40 V = UDE + UEF → UDE + 12,7 = 40 
UDE = 40 - 12,7 = 27,3 V 
 
03 - 3-O multímetro Minipa modelo ET-2042E apresenta as escalas mostradas ampliadas, 
para medidas de voltagem contínua e voltagem alternada. Indique e justifique as escalas 
que você utilizaria para: 
(a) Verificar se uma determinada tomada de sua residência está funcionando 
adequadamente? 
Resposta: 600 V de tensão alternada, pois não se sabe se essa tensão é de 110 ou 120 V, 
com isso a escala mais apropriada é a de 600 V. 
(b) Verificar se a fonte de tensão do seu computador está fornecendo a tensão correta? 
Resposta: 60 V de tensão contínua, pois uma fonte de computador apresenta entre 3 e 12 
Volts de tensão, sendo adequado para o emprego da escala mencionada. 
 
04 - Ao medir uma tensão domiciliar (alternada) um voltímetro indicou 115 V. Qual a 
tensão de pico? Justifique. 
Resposta: Por meio da fórmula da tensão eficaz, ficamos com: 
VEF = VP / √2 → 115 = VP / √2VP = 115 * √2 = 162,6 V 
05 - Considerando o circuito presente no roteiro da prática com R1= 1,5 kΩ e R2= R3= 
820 Ω. Sabendo que a fonte está regulada em 10,00 V, determine a voltagem a que está 
submetido cada um dos resistores R1, R2 e R3. 
Resposta: Inicialmente, é necessário descobrir a Resistência equivalente do circuito, que 
é dada por R1 + R’(resistência equivalente entre R2 e R3) : 
1 / R’ = (1 / R2) + (1 / R3) = (1 / 820) + (1 / 820) 
1 / R’ = 1 / 410 → R’ = 410 
Req = R1 + R’ = 1500 + 410 = 1910 Ω = 1,91 kΩ 
Agora, é possível descobrir a tensão de cada resistor seguindo a equação U = Ri, após 
descobrir o valor da corrente: 
i = U / Req → i = 10 / 1910 
i = 0,005 A 
UAB = R1 i → UAB = 1500*0,005 = 7,5 
UAB = 7,5 V 
UBC = R2/3 i → UBC = 410 * 0,005 = 2,5 
UBC = 2,5 V 
 
06 - No Circuito da Figura 11.13 presente no roteiro da prática, podemos ver uma fonte 
de tensão alternada regulada em 266 V alimentando um circuito formado por uma 
resistência (com faixas: vermelha, violeta, marrom e dourada) em série com uma lâmpada 
de filamento. Dois multímetros: o 1 ligado em paralelo com a lâmpada, mede a tensão 
alternada sobre a mesma, enquanto que o 2, ligado em paralelo com o resistor, mede a 
tensão alternada sobre este. Qual a corrente alternada que passa no filamento da lâmpada? 
Considere o valor da resistência como sendo exatamente o valor nominal indicado pelo 
código de cores. 
Resposta: Para a situação dada, temos os seguintes dados: 
R = 27*10¹ = 270 Ω, ULampada = 163,3 V, UResistor = 102,7 V 
Pela equação U = Ri, temos que: 
i = U / R = 266 / 270 
Como, a corrente é comum a todo o circuito, i Lâmpada= 0,985 A 
 
07 - Calcule a resistência do filamento da lâmpada da questão 6 e a potência dissipada na 
mesma. 
Resposta : Utilizando novamente a fórmula U = Ri, temos: 
R Lâmpada = U Lâmpada / i 
R Lâmpada = 163,3 / 0,985 → R Lâmpada = 165,79 Ω 
Já para a potência dissipada, temos: 
P = U Lâmpada i 
P = 163,3 * 0,985 → P = 160,85 W 
 
CONCLUSÃO 
 
Após o término das atividades práticas, foi possível desenvolver um bom 
aprendizado acerca do voltímetro e do estudo da tensão como um todo, nos experimentos 
foi possível obter uma enorme precisão, haja vista que nos dois circuitos propostos, o 
valor da tensão total do circuito obtido experimentalmente foi igual aos valores propostos 
(12 V e 100 V), além de conseguir realizar um bom manuseio das equações relacionadas 
aos circuitos divisores de tensão, semelhantes aos esperados teoricamente. 
 Além disso, com relação à fonte dos erros presentes no procedimento prático, 
podem estar principalmente correlacionados ao manuseio incorreto do multímetro, o que 
pode levar de valores que não batem com o esperado à destruição do equipamento, o qual 
pode falhar após um uso inadequado das escalas de medida do voltímetro. Ademais, não 
houveram outras grandes complicações e a atividade foi concluída com tranquilidade. 
 
REFERÊNCIAS 
 
DIAS, Nildo Loiola. Roteiros de aulas práticas de física. Fortaleza: Universidade 
Federal do Ceará, 2020. 
 
MULTÍMETRO DIGITAL COM 32 ESCALAS. UsinaInfo, disponível em: 
https://www.usinainfo.com.br/multimetro/multimetro-capacimetro-digital-com-32- 
escalas-dt9205a-cat-ii-1000v-415.html. Acesso em 11 de fevereiro de 2021. 
 
MATTEDE, Henrique. “Circuitos divisores de tensão”; Mundo da Elétrica. Disponível 
em: https://www.mundodaeletrica.com.br/analise-de-circuitos-divisor-de-tensao-
corrente/. Acesso em 03 de Março de 2021. 
 
CIRCUITO DIVISOR DE TENSÕES. Learning about eletronics. Disponível em: 
http://www.learningaboutelectronics.com/Artigos/Calculadora-divisor-de-tensao.php. 
 Acesso em 03 de março de 2021. 
 
EQUIPE DESTERRO. “O que é tensão alternada ? ”. Desterro eletricidade. Disponível 
em: https://www.desterroeletricidade.com.br/blog/eletrica/o-que-e-corrente-e-tensao-
alternadas/. Acesso em 25 de fevereiro de 2021.