Medida de Corrente e diferença de ddp

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FISD40-P01 Experimento 1
Experimento 1: Medida de Corrente e Diferença
de Potencial
J. C. Enrique, Discente Eng. Elétrica, DEEC, A. Marilia, Discente BI de CT, IHAC
Universidade Federal da Bahia (UFBA)
FISD40-P01-Fı́sica Experimental III
Professor: Luan Orion de Oliveira
Salvador, Bahia, 2021
1. Objetivos
O experimento consiste em apresentar medidas de corrente e diferença de potencial em um
circuito. Foram estudados, durante o experimento, na prática, a diferença entre tensão e corrente.
Além disso, desenvolvemos como fazer modificações em suas faixas de medidas. A partir disso
obter um voltı́metro com as medidas de um amperı́metro. Para o experimento ser compreen-
dido é necessário ter conhecimento sobre: diferença de potencial, corrente elétrica, voltı́metro,
amperı́metro e resistência. Esses conceitos vão ser explicados no decorrer do trabalho.
2. Introdução
2.1. Diferença de Potencial e Corrente Elétrica
A diferença de potencial é o trabalho realizado para deslocar uma partı́cula de um ponto ao outro,
sua unidade de medida no SI é Volt (V) equivalente a Joule/Coulomb. A diferença de potencial
entre dois pontos é ligada a partir de um fio condutor. Dessa maneira, as cargas começaram
a se movimentar de forma ordenada, esse movimento é chamado de corrente elétrica. Nesse
sentido, para que haja corrente é necessário ter diferença de potencial. A unidade de medida de
corrente elétrica é dada por Ampére (A).
A relação de ddp com corrente elétrica é dada através da fórmula abaixo:
V = R ∗ I (1)
Sendo V, tensão, R, resistência, e, I, corrente. A resistência elétrica depende do material
utilizado, isso influenciará sendo um bom condutor mau condutor.
2.2. Galvanômetro
Com o galvanômetro é possı́vel medir, através de efeitos magnéticos, a corrente elétrica de baixa
intensidade ou a diferença de potencial entre dois pontos. Para efetuar medidas de correntes
maiores, utilizar o galvanômetro é inadequado, visto que a excessiva corrente superaquece os
fios da bobina móvel, por consequência derretê-los.
2.3. Amperı́metro
Como visto na definição, anteriormente, para efetuar essas medidas correntes com intensidades
maiores em ampere ou miliamperes, o aparelho mais utilizado é o amperı́metro, visto que é
construı́do a partir de um galvanômetro devidamente adaptado e com uma escala conveniente.
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2.4. Voltı́metro
Usado para realizar medidas de tensão elétrica. Da mesma forma que o amperı́metro, o voltı́metro
é criado a partir de um galvanômetro. Somado a isso, há uma resistência de valor elevado em
série com o galvanômetro.
3. Procedimentos Experimentais
Todo o experimento foi feito dentro da plataforma do falstad e divido em 4 etapas. Além disso,
neste experimento, foram utilizados os seguintes componentes de circuito:
• Fonte de tensão;
• Década de Resistores (Ou potenciômetro);
• Amperı́metro;
• Chave liga/desliga.
A primeira etapa consiste na medida de 15 valores com corrente menor que o fundo de escala
do amperı́metro. O circuito a ser montado consiste em uma fonte de corrente contı́nua de 5V,
em série com um resistor e um amperı́metro com fundo de estala de 10mA. Nesta primeira
etapa decorre-se de uma ideia que exista uma resistência interna no amperı́metro, pois os dados
experimentais não conferem com os práticos.
Na segunda etapa calcula-se a resistência interna do amperı́metro adicionando no circuito um
resistor em paralelo com o amperı́metro. De modo intuitivo a corrente se dividirá entre os nós,
e, o valor de resistência onde a corrente for igual a metade do fundo de escala no amperı́metro,
ao acionar o circuito, é a resistência interna também do amperı́metro, devido a serem paralelos.
Na terceira etapa, utilizando das artimanhas de se ter um resistor em paralelo com o am-
perı́metro, constróem-se amperı́metros com maior fundo de escala, relacionando somente uma
mudança no valor dos resistores.
Por fim, na quarta etapa, transforma-se o amperı́metro em voltı́metro com a associação em
série do amperı́metro com uma resistência, como o circuito da etapa um.
4. Resultados e Discussão
4.1. Medida de Corrente Menor que o Fundo de Escala do Amperı́metro
Calcularemos, primordialmente, a Resistência mı́nima (Rmin), obtida pela relação com a corrente
máxima de 10mA, e depois, a Resistência máxima (Rmax), tendo corrente de 1mA. Utilizando a
primeira Lei de Ohm temos:
V = Rmin ∗ Imax
5 = Rmin ∗ 10 ∗ 10−3
Rmin = 5
10∗10−3
Logo,
Rmin = 500Ω (2)
Para Rmax temos:
V = Rmax ∗ Imin
Logo,
Rmax = 5000 Ω
O circuito então foi construı́do dentro da plataforma Multisim para testes, vide figura (1) abaixo:
Ao colocarmos o valor da Resistência Mı́nima Calculada é possı́vel observar que o valor obtido
no amperı́metro é diferente do desenvolvido pelo cálculo, sendo então, experimentalmente, de
9,6mA. Isto se dá ao fato do amperı́metro ter uma resistência interna associada ao mesmo,
resistência essa que analisaremos e descobriremos em breve seu valor.
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Figura 1: Circuito 1.
Ajustou-se então o valor da resistência até que o amperı́metro marcasse 10mA, obtendo
então o valor da Resistência Mı́nima Experimental, e, logo após, desenvolveu-se uma tabela
com 15 valores de resistência entre a Resistência Mı́nima Experimental e a Resistência Máxima
Calculada, como relatado na tabela 1 abaixo:
Tabela 1: 15 valores de resistência.
Sendo R, resistência, Ie, corrente experimental e Ic, corrente calculada.
4.2. Determinação da Resistência Interna do Amperı́metro
Para determinar o valor da resistência interna do amperı́metro faz-se necessário colocar uma
resistência em paralelo ao mesmo. Deste modo, a corrente se dividirá entre os nós, e, para
descobrir o valor da resistência do amperı́metro é somente ajustar o valor de R2.
Para isso, ajustaremos o resistor R1 com a Resistência Mı́nima Calculada e aumentaremos
pouco a pouco a resistência R2 até o valor da corrente no amperı́metro, ou seja, de modo a que
a corrente no amperı́metro passe a ser 5mA, a metade da mı́nima calculada
Como observado na figura (2) acima, a resistência do amperı́metro, por estar em paralelo, é
também de, aproximadamente, 20A
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Figura 2: Circuito 2.
4.3. Transformação da Faixa de Medida de um Amperı́metro
4.3.1. Duplicação do fundo de escala do amperı́metro
Tendo em conta que, ao colocar o resistor R2 em paralelo, constuı́mos um amperı́metro que
mede até 20mA. Para que o fundo de escala seja duplicado teremos então que reduzir à metade
o resistor R1, podendo ter, com os mesmos 5V, uma passagem de corrente de 10mA em cada
nó, ou seja, uma passagem de corrente total de 20mA no circuito, vide cálculo abaixo:
Primeiro fazemos a associação dos resistores RA(Resistor do Amperı́metro) e do R2(Resistor
em paralelo ao amperı́metro)
R2//RA = R2∗RA
R2+RA
R2//RA = 400
40
R2//RA = 10Ω
Após temos que:
V = (R1 +R2//RA) ∗ I
5 = (R1 + 10) ∗ 20 ∗ 10−3
R1 = 240Ω
Esta resistência R1 passa ser a nova Resistência Mı́nima.
Tabela 2: Duplicação.
4.3.2. Quadruplicação do fundo de escala do amperı́metro
Para que ocorra a quadruplicação do fundo de escala, R2 precisa ter uma razão de 3/4 de R,
assim como RA 1/4 de R. Logo:
V RA = V R2
RA ∗ IA = R2 ∗ I2
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RA ∗ 1
4
= R2 ∗ 3
4
R2 = RA
3
R2 = RA
3
R2 = 6, 67Ω
Aproximando para 7Ω, obtemos os seguintes valores na quadruplicação
Tabela 3: Quadruplicação.
4.4. Transformação de um Amperı́metro em Voltı́metro
Para transformar um amperı́metro em um voltı́metro deve-se ter em mente de que um voltı́metro
se constitui de um amperı́metro em série com um resistor limitador de corrente(R1).
4.4.1. Voltı́metro com Fundo de escala de 5V
Sabendo quea resistência do amperı́metro RA é igual a, aproximadamente, 20Ω, utilizaremos a
Lei de Ohm para descobrir o valor do novo resistor R1, agora chamado de R. A corrente continua
sendo de 10mA, logo:
V=(R+RA*I
5=(R+20)*10*10−3
R=480Ω
E então:
Figura 3: Voltı́metro 5V.
O desvio avaliado para o voltı́metro contruı́do é então de:
V=(V±∆V)
V=(5±0.05)V
4.4.2. Voltı́metro com Fundo de escala de 10V
Para 10V de fundo de escala, setaremos a corrente também como 10mA, sendo assim:
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V=(R+RA*I
10=(R+20)*10*10−3
R=980Ω
Vimos que nesse caso a resistência é quase o dobro da anterior. E então:
Figura 4: Voltı́metro 10V.
A área circulada compreende-se ao voltı́metro construı́do, isto é, um amperı́metro em série
com um resistor limitador de corrente. O desvio avaliado para o voltı́metro contruı́do é então de:
V=(V±∆V)
V=(10±0.1)V
5. Conclusão
Através do experimento, foi possı́vel entender, na prática, a importância de corrente elétrica,
tensão e resistência. Esses conhecimentos adquiridos serão importantes para os próximos ex-
perimentos.
Diante disso, aprendemos que é preciso ligar o voltı́metro em paralelo, pois dessa forma
podemos medir a ddp entre dois pontos distintos com o circuito. Além disso, podemos verificar
se a bateria está em bom funcionamento, colocando voltı́metro nos terminais da bateria, sendo
assim, podemos conferir se a tensão que aparece condiz com a que aparece na tela do voltı́metro.
Para saber a corrente que passa pelo circuito, é preciso utilizar o amperı́metro em série, sempre,
bem como a resistência do amperı́metro precisa ser nula ou mı́nima, para não alterar de forma
considerável o circuito.
Mesmo a simulação tendo sido feita em ambiente virtual, foi possı́vel replicar erros que ocor-
reriam em ambientes experimentais, já incutidos dentro da plataforma, como erros de paralaxe,
desvios padrão dos valores dos equipamentos. Portanto, o experimento possibilitou, na prática,
a analisar como um circuito em paralelo e em série funcionam e como suas grandezas se
comportam diante dessas variáveis.
Referências
[1] Halliday and Resnick, “Fundamentos de Fı́sica: Eletromagnetismo”, vol. 3, oitava edição, GEN, pp. 305–309.
[2] H Moysés Nussenzveig, “Curso de Fı́sica Básica: Eletromagnetismo”, vol. 3, primeira edição, pp. 195–198.
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