04 Multímetro e Ponte de Wheatstone

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA
LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II
PROFESSOR: Pedro Luiz do Nascimento TURMA: 07
ALUNO: Saulo Victor Barbosa Sicupira
MATRÍCULA: 119210470
MÚLTIMETRO E PONTE DE WHEATSTONE
CAMPINA GRANDE – PB
Abril, 2021
UFCG / CCT / UAF - DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL II 
PROFESSOR: Pedro Luiz do Nascimento DATA: 09/03 PERÍODO: 2021.1
ALUNO(A): Saulo Vitor Barbosa Sicupira TURMA: 07
1. INTRODUÇÃO
O multímetro pode ser utilizado como (1) Ohmímetro: para media a resistência de um resistor, (2) Voltímetro: para medir a diferença de potencial entre dois pontos de um circuito elétrico e (3) Amperímetro: para medir a intensidade de corrente elétrica em um trecho do circuito.
Ele pode ser classificado como analógico ou digital. O multímetro analógico possui diversas escalas em seu painel frontal e tem como elemento básico o galvanômetro de bobina móvel que funciona através de forças magnéticas sobre espiras de corrente. O multímetro digital mostra, em um display, o valor medido com ou sem as casas decimais dependendo de sua precisão. Ele não possui bobina móvel.
Antes de se efetuar qualquer medição, deve-se ajustar o seletor de funções na função correta, isto é, na grandeza a ser medida e a escala no valor superior ao ponto observado. Quando não se tem ideia do valor a ser medido, inicia-se pela escala de maior valor diminuindo-a até um valor ideal.
Quando há necessidade de mudar de escala ou função, o multímetro deve ser desconectado do circuito evitando, assim, um possível dano ao aparelho.
Para a medição de tensão elétrica as pontas de prova do instrumento devem ser conectadas aos pontos a serem medidos, ou seja, em paralelo, conforme a Fig. 1.
Quando se deseja medir a corrente elétrica, o circuito deve ser interrompido e o instrumento inserido junto a ele, para que o fluxo de elétrons passe também pelo instrumento e este possa informar o valor da corrente. Logo, o multímetro deve ser ligado em série com o circuito, de acordo com a Fig. 1.
Já para a mensuração de resistência elétrica, o resistor deve estar desconectado do circuito, como mostra a Fig. 2, pois o circuito apresenta certa resistência e o valor lido no multímetro não seria verdadeiro
Figura 1: Amperímetro em série e voltímetro em paralelo.
Figura 2: Medição de uma resistência de 100 Ω.
Existem elementos básicos em um circuito elétrico, como: fontes, fios condutores, chaves, resistores, capacitores, entre outros. A fonte de alimentação fornece baixas tensões em corrente contínua (CC) devido a dois componentes presentes no seu interior: o retificador e o transformador. O retificador transforma a corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC) e o transformador converte a voltagem da rede para, no máximo, 30 Volts.
A Fig. 3 mostra o esquema de um circuito elétrico em série. Os componentes (a) e (b) representam a fonte de alimentação e um resistor, respectivamente, e a seta representa a direção da corrente i.
Figura 3: Circuito em série com um resistor.
 	Em uma associação em série as resistências são interligadas de forma que exista apenas um caminho para a circulação da corrente elétrica entre os terminais, dessa forma a corrente será a mesma para qualquer que seja o número de resistores. Já na associação em paralelo, a corrente elétrica possui mais de um caminho a ser circulado, então cada resistor irá possuir um valor de corrente diferente.
	Esta atividade experimental tem por objetivo medir, com uma escala adequada, a resistência elétrica, a intensidade de corrente e a diferença de potencial, de um circuito em série. Assim como mostrar um método preciso para medir resistência, utilizando um valor de resistor conhecido através da Ponte de Wheatstone. 
OBJETIVOS:
· Aprender como realizar medidas de resistores pelo código de cores;
· Aprender a manusear um multímetro análogo e observa suas formas de utilização;
· Observar o princípio de funcionamento de um galvanômetro;
· Aprender como utilizar um multímetro digital;
· Entender a aplicação da ponte de Wheastone.
MATERIAL UTILIZADO: 
· Multímetro Analógico Minipia ET – 30009 e Standard ST – 505.
· Prancheta, modelo do laboratório;
· Resistores, cabos para ligação, uma pilha;
· Fonte de tensão regulável;
· Fio homogêneo de 1,0 m;
· Potenciômetro;
· Microamperímetro (50A);
· Acessórios de conexão;
2. DESENVOLVIMENTO
PREPARAÇÃO - MULTÍMETRO
1. O que você entende por multímetro?
O multímetro consiste em um medidor capaz de medir grandezas elétricas básicas, como tensões e correntes de natureza contínua ou alternada além de resistência ôhmica. Dependendo do modelo, o multímetro pode desempenhar outras funções mais específicas, citando se, por exemplo, teste de continuidade de circuitos, medição de ganho de corrente contínua em transistores e medição de decibéis. O teste de continuidade é utilizado para verificar se os condutores se encontram corretamente conectados e existe continuidade ao longo de todo o seu percurso, baseia se na medição de resistência, onde valores baixos implicam em uma conexão satisfatória
2. Um certo galvanômetro de calibre fundamental 1mA possui uma resistência de 100 ohms. Que resistências devem ser associadas: 
a) Para obter um amperímetro de calibres de 6mA?
I = 6mA → Is = 6 – 1 = 5mA
Vxy = 100*1x10^-3 = 0,1V
Vxy = Rs*Is → 0,1 = Rs*5x10^-3 → Rs = 0,1/5x10^-3 = 20 Ohm em paralelo
b) Para obter um voltímetro de calibre 0,3V? 
Vxy = 100*10^-3 → Vxy = 0,1V
Vyz = 0,2 V → Rs*1x10^-3 = 0,2 → Rs= 200 Ohm
c) Para obter um voltímetro de calibre 0,03V?
V= Ri → 0,03 = Re*1x10^-3 → Re = 30 Ohm
30/1 = 100*Rx/ 100+Rx → 30*(100+Rx) = 100Rx → 300+3R = 10 Rx → Rx = 300/7 = 42,86
3. A escala do ohmímetro é invertida em relação à do amperímetro e do voltímetro analógicos. Explique porque isso ocorre
Quando se utiliza o galvanômetro para determinar ou medir resistências, basta para isso, que se submeta esta resistência a uma diferença de potencial conhecida e meça a corrente que circula pela mesma. Se a tensão sobre a resistência é mantida constante, a corrente que circula na mesma é inversamente proporcional ao valor da resistência, portanto o ponteiro do galvanômetro terá deslocamentos inversamente proporcionais à resistência, ou seja, quanto menor a resistência maior será o deslocamento do ponteiro. Este fato pode ser verificado em qualquer multímetro comercial, onde as escalas de resistência são opostas às de tensão e corrente.
4. Um multímetro analógico de classe de precisão 3, possui os seguintes calibres, 2,5V; 10V; 25V; 50V e 250V. Determine o erro máximo em cada calibre deste multímetro. Explique claramente como a segurança do aparelho e a precisão da leitura determinam os calibres que deverão ser usados para a medida da tensão de uma bateria de 12V e da tensão da rede de 220V. Emáx = [(CLASSE)x(CALIBRE)] / 100
12V → 25V e 220V → 250V
Emáx = 3*25/100 = 0,75%
Emáx = 3*250/100 = 7,5%
5. Determine o valor teoricamente esperado (pelo código de cores) dos resistores R1 = 560 Ω, R2 = 820 Ω, R3 = 1,8 kΩ e R4 = 2,2 kΩ e das associações. Tolerância dos resistores 5%.
	RESISTOR
	Rcódigo de cores
	Rnominal +- Delta equivalente
	R1
	verde, azul, marrom, ouro
560+-5%
	560+-28
	R2
	cinza, vermelho, marrom, ouro
820+-5%
	820+.41
	R3
	marrom, cinza, vermelho, ouro
1800+-5%
	1800+-90
	R4
	vermelho, vermelho, vermelho, ouro
2200+-5%
	2200+-110
	(R1+R2)
	marrom, amarelo, vermelho, ouro
1380+-5%
	1380+-69
	(R3+R4)
	amarelo, preto, vermelho, ouro
4000+-5%
	4000+.200
	(R1//R2)
	laranja, amarelo, marrom, ouro
33+-15%
	333+-50
	(R1+R2)//(R3+R4)
	marrom, preto, vermelho, ouro
1026+-15%
	1026+-154
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL – Medida de resistência com Multímetro
MULTÍMETRO COMO OHMÍMETRO
1. Você receberá 4 resistores de valores nominais R1 = 560 Ω ±5%, R2 = 820 Ω±5%, R3 = 1,8 kΩ±5% e R4 = 2,2 kΩ±5% (pelo código de cores). Vamos escrever na tabela na forma padrão.
 2. Calcule o valor esperado das associações dos resistores R1, R2, R3 e R4 e compare com os valoresmedidos. 
	Resistor
	Rnominal
	Rmedido
	Delta (%)
	R1
	560 +- 28
	550 +- 10
	1,79
	R2
	820 +- 41
	810 +-10
	1,22
	R3
	1800 +- 90
	1900 +- 50
	5,55
	R4
	2200 +- 110
	2200 +- 50
	0,91
	(R1+R2)
	1380 +- 69
	1450 +- 50
	5,07
	(R3+R4)
	4000 +-200
	4100 +- 100
	2,5
	(R1//R2)
	333 +- 50
	330 +- 10
	0,9
	(R1+R2)//(R3+R4)
	1026 +- 154
	1100 +- 50
	7,21
3. Há algum valor dos resistores e das associações fora da tolerância? Explique experimentalmente o porquê desses valores. 
4. Que conclusões você obteve dos valores esperados com relação aos experimentais fornecidos
MULTÍMETRO COMO VOLTÍMETRO
1. Monte o circuito abaixo e meça o valor da ddp sobre cada resistor (entre os bornes). Anote os resultados na tabela.
	Voltagem
	Vesperado
	Vmedido 
	Delta (%)
	Vae
	15,00V
	14,98V
	0,13
	Vbe
	7,83V
	7,82V
	0,13
	Vce
	1,96V
	1,95V
	0,51
	Vde
	0,39V
	0,391V
	0,26
	Vab
	7,17V
	7,15V
	0,28
	Vac
	13,04V
	13,02V
	0,15
	Vad
	14,61V
	14,62V
	0,07
MULTÍMETRO COMO AMPERÍMETRO
1. Você receberá 3 resistores de valores nominais R1 = 560 Ω, R2 = 820 Ω, R3 = 1,8 kΩ. Meça-os e anote as suas resistências. 
2. Use uma tensão de 10,0V fornecida pela fonte. Calcule o valor esperado para corrente que irá atravessar cada resistor, usando o valor nominal. Calcule também a corrente que irá atravessar R1 e R2 associados em paralelo e em série. Observação: Verifique com um voltímetro se a fonte indica realmente a voltagem sugerida. Comente. 
3. Monte o circuito da figura sem completá-lo. A chave seletora do amperímetro deve estar colocada inicialmente no maior calibre disponível. Antes de fechar o circuito certifique-se com o professor, ou o monitor, se está correto.
4. Escolha o calibre do amperímetro de acordo com as recomendações de segurança do aparelho e precisão da leitura. Depois de fechado o circuito, leia o valor da corrente indicada pelo deslocamento do ponteiro. Este procedimento é indispensável para proteger o equipamento. 
5. Repita o mesmo procedimento para os outros resistores. Anote seus valores na tabela.
	
	Icalculado
	Imedido
	Delta (%)
	IR1
	17,86mA
	17,00mA
	4,82
	IR2
	12,20mA
	12,30mA
	0,82
	IR3
	5,55mA
	5,00mA 
	9,91
	I(R1+R2)
	7,25Ma
	7,26Ma
	0,14
	I(R1//R2)
	30,00ma
	30,00ma
	0
Multímetro analógico – Instrumento para medidas de corrente, diferença de potencial (tensão) e resistência elétrica
PONTE DE WHEASTONE – Multímetro parte 02
Outro método preciso e prático para medir resistência é a ponte de Wheatstone, que será desenvolvida no laboratório e que passaremos a explicar. A ponte de Wheatstone consiste em quatro resistores, da seguinte maneira: 
R1 e R2: resistores de razão conhecida 
Rx: resistores desconhecido 
R4: resistor de valor conhecido
Após o experimento temos; a tabela 1, pela equação (x), Calcula-se o valor esperado de Rxi, a partir: Rxi = (L1 / L2) R44, utiliza-se uma escala de 100cm, calcula-se L2= 100-L1, e complete a tabela.
	
	Rxi cores
	R44 cores
	L1(cm)
	L2 (cm)
	Rxi (calc)
	Delta (%)
	Rx1
	560Ω
	820
	39,50
	60,50
	535,37
	4,4
	Rx2
	820 Ω
	820
	50
	50
	820
	0
	Rx3
	1,8K Ω
	820
	68
	32
	1742,5
	3,2
	Rx4
	2,2
	820
	72,5
	27,5
	2161,82
	1,74
Tabela 2 - Rxi = (L1 / L2) R4i, utiliza-se uma escala de 100cm, calcula-se L2= 100-L1, e Rxi e complete a tabela
	
	Rxi cores
	R44 cores
	L1(cm)
	L2 (cm)
	Rxi (calc)
	Delta (%)
	Rx1
	560Ω
	820
	39,50
	60,50
	535,37
	4,4
	Rx2
	820 Ω
	820
	50
	50
	820
	0
	Rx3
	820
	1,8
	32
	68
	847,06
	3,3
	Rx4
	820
	2,2
	27,5
	72,5
	834,48
	1,77
Veja se consegue medir: a) 39 Ω utilizando o resistor de 820 Ω ; b) 100 KΩ utilizando o resistor de 820 Ω
a) 
39 = 820 * L1/L2 → L2/L1 = 21
L1 + L2 = 100 → L1 + 21L1 = 100 → 22L1 = 100 → L1 = 4,5cm e L2 = 95,5
R4x = 820*4,5/95,5 = 38,64
b)
100000 = 820*L1/L2 → L2 = 8,2x10^-3*L1
L1+L2 = 100 → L1 + 8,2x10^-3*L1 = 100 → L1 =99,19 cm e 0,81cm
3. CONCLUSÃO
O que se pode relatar sobre os desvios encontrados é que estão de acordo com a expectativa, pois aos aparelhos e a forma de utilizar nem sempre garantem uma precisão boa. Lembrando que qualquer que seja a medição física, apresentará uma precisão limitada, vejamos alguns dos principais motivos desses erros experimentais que ocorreram: 
· a imprecisão do multímetro, estipulada pelo fabricante;
· a leitura feita errada devido a falhas percebidas no multímetro analógico;
· o erro do leitor durante a observação da leitura;
· o erro de precisão dos resistores utilizados no experimento;
· a resistência do fio utilizado para as leituras;
· e a imprecisão de cada resistor.
Algumas medidas apresentaram desvios bem pequenos, chegando até mesmo a não apresentar nenhum desvio, essas leituras foram repetidas por algumas vezes apresentando sempre os mesmos valores. 
Poderíamos minimizar esses erros partindo da utilização de aparelhos que estejam funcionando adequadamente, o que nos fornece uma precisão maior.