aula 03 - construcao de um voltimetro_2012

Prévia do material em texto

1 
Laboratório de Ciências 
 
 
3a Aula 
 
 
 
 
 
 
 CIRCUITOS EM SÉRIE E EM PARALELO. 
 
 
 
 
 
 
MATERIAL A SER UTILIZADO: 
 
 3 multímetros digitais 
 3 resistores de 1 kmarrom – preto - vermelho
 1 resistor de 2,2 k(vermelho – vermelho - vermelho
 1 resistor de 10 kmarrom – preto - laranja
 1 resistor de 100 kmarrom – preto - amarelo
 1 resistor de 1 Mmarrom – preto - verde
 fonte de tensão 
 cabos 
 placa para montagem de circuito 
 
 2 
1- Objetivo: 
 Estudar a relação entre corrente e tensão em circuitos em série e em paralelo, 
aprender como medir estas grandezas, construir e calibrar um voltímetro. 
2- Introdução: 
 Na segunda aula do curso, vimos manifestações da corrente elétrica em diversas 
situações: elevação da temperatura de um fio metálico, efeitos na presença de campo 
magnético, geração de campo magnético em torno do fio em que se passa a corrente, 
força sofrida no fio com corrente, devido à proximidade de um imã, etc... Cada um 
desses elementos atua no circuito como elemento resistivo que influencia no valor da 
corrente que passa pelo circuito. 
 Também vimos que, para existir corrente em um circuito, é necessário que o 
circuito seja fechado e ligado a algum tipo de fonte, por exemplo, a fonte regulada 
utilizada na aula anterior, pilhas, baterias, tomadas, etc.... Essas fontes fornecem energia 
ao sistema necessária para o surgimento da corrente e são caracterizadas por uma 
grandeza física chamada de tensão elétrica. Essa característica está presente nas pilhas 
de 1,5V, baterias de 9V ou tomadas de 110V ou 220V. 
 Na aula passada estudamos a relação entre tensão e corrente em um circuito 
simples, formado por um único resistor comercial e uma fonte de tensão elétrica (figura 
1). No caso dos resistores comerciais a corrente i que passa pelo resistor é proporcional 
à tensão V aplicada nos seus terminais, dada pela equação (1), com resistência R 
constante. 
V = Ri (1) 
 Mas o que acontece com a tensão e a corrente 
em um circuito quando colocamos mais de um 
componente? Isto depende não só de qual componente 
é colocado no circuito mas também de como eles são 
colocados, ou seja, se os componentes são colocados 
em série ou em paralelo. 
 Nesta aula iremos observar como esses três 
elementos se relacionam em diversos circuitos e como podemos medir estas grandezas 
de maneira adequada. 
 
Figura 1: 
R
V
 
 3 
2 - Medida de corrente, tensão e resistência utilizando um multímetro 
 Multímetros são equipamentos importantes quando trabalhamos com circuitos, 
pois eles permitem medir resistência, tensão e corrente de circuitos. Existem 
multímetros de diversos tipos. Alguns são analógicos e funcionam utilizando o mesmo 
princípio que o galvanômetro visto nas aulas anteriores. Outros são digitais e possuem 
circuitos internos um pouco mais complexos. Os mais sofisticados podem medir, além 
de resistência, corrente e tensão, outras grandezas físicas, como por exemplo, 
temperatura. 
 A figura 2 mostra o multímetro que iremos utilizar nesta aula. Para ser utilizado 
como um amperímetro, a chave seletora deve estar virada na faixa escura, indicada com 
a letra “A”. Dentro desta faixa existem quatro escalas diferentes que devem ser 
utilizadas dependendo do valor da grandeza a ser medida. Quando não se tem uma ideia 
do valor da corrente, comece sempre com o valor de escala mais alto (200mA) e abaixe 
o valor da escala gradativamente até obter uma leitura adequada. Neste caso, o 
multímetro deve ser colocado em série no circuito. 
 Para utilizar o multímetro como um voltímetro, a chave seletora deve estar 
virada na faixa azul, indicada com o símbolo “ “. Dentro desta faixa existem cinco 
escalas diferentes que devem ser utilizadas dependendo do valor da grandeza a ser 
medida. Quando não se tem uma ideia do valor da tensão, comece sempre com o valor 
de escala mais alto (600 V) e abaixe o valor da escala gradativamente até obter uma 
leitura adequada. Neste caso, o multímetro deve ser colocado em paralelo ao circuito. 
 Para ajustar o multímetro na função ohmímetro, a chave seletora deve ser 
colocada na faixa azul com o símbolo “. Para a medida da resistência de um 
determinado componente, o componente deve ser removido do circuito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V 
-- 
 4 
 
 
 
 
3 - Lei das malhas 
1. Monte o circuito da figura 3. Use R1 = 2.2 k e R2 = 1 k Ajuste a fonte 
para 2 V. Utilize o multímetro na função amperímetro para a medida de 
corrente. 
2. Utilizando outro multímetro, porém na função voltímetro, meça a tensão elétrica 
nos terminais dos resistores R1 (ou seja, a tensão elétrica entre os terminais A e 
B ) e também nos terminais de R2 (ou seja, a tensão elétrica entre os terminais B 
e C ); 
3. Como as tensões elétricas nestes 
terminais se relacionam com a tensão 
elétrica fornecida pela fonte? 
 
 
 
 5 
 
 
4- Lei dos nós 
 
 
1. Monte o circuito conforme a 
figura 4. Utilize 3 multímetros digitais 
como Amperímetros, R1 = 2.2 ke 
R2 = R3 = 1 kAjuste a fonte para 
fornecer 2V. 
2. Anote os valores da corrente em 
todos os amperímetros. 
3. Discuta no seu grupo a analogia com o escoamento de água em tubos! O que 
você esperaria dos valores das três correntes 
0I
, 
1I
 e 
2I
? As observações estão 
de acordo com sua expectativa? Formule uma lei sobre o comportamento de 
corrente elétrica em bifurcações (regra de nós). 
Nota: O circuito da figura 1 tem duas bifurcações. Fala-se que os dois caminhos que se 
estendem entre estas bifurcações estão em paralelo. 
 
5- Construção de um voltímetro 
 
1. No circuito da figura 4, substitua o resistor R3, por um de 10 ke verifique o que 
acontece com a corrente em todos os ramos do circuito. Ajuste a tensão na fonte para 
2 V. 
2. Repita o procedimento do item 1, com R3 = 100 k e depois com R3 = 1 M. Anote 
os valores da corrente em uma tabela. DICA: Lembre-se de ajustar a escala do 
multímetro. 
3. Utilizando R3 = 1 M varie os valores da tensão da fonte de 1 V em 1 V desde 0 
até 10V. Anote os valores medidos em uma tabela. 
 
Comentário: O amperímetro ligado a uma resistência muito grande é capaz de 
funcionar como um instrumento para medir a tensão entre dois pontos de um 
circuito = VOLTÍMETRO. Qual a utilidade da resistência ser muito grande? O 
que seria necessário para se construir um voltímetro ideal? Ele deve ser ligado 
em série ou em paralelo ao trecho cuja tensão se deseja medir? 
Figura 3 
I0 
I1 
I2 
 6 
Anexo 1: Procedimento para identificação do valor da resistência de cada resistor 
 
Instruções para determinar o valor de um resistor 
 Existem basicamente duas opções para conhecer o valor de um resistor: 
a) medir o resistor com um multímetro (se necessário, peça ajuda para o professor) 
b) ler o valor direto do corpo do resistor . Na maioria das vezes, os valores vêm 
codificados em cores, é necessário conhecer o código de cores que possibilitará a 
leitura desses valores. 
 Código de Cores 
Cores 
1º anel 
1º digito 
2º anel 
2ºdigito 
3º anel 
Multiplicador 
4º anel 
Tolerância 
Prata - - 0,01 10% 
Ouro - - 0,1 5% 
Preto 0 0 1 - 
Marrom 01 01 10 1% 
Vermelho 02 02 100 2% 
Laranja 03 03 1 000 3% 
Amarelo 04 04 10 000 4% 
Verde 05 05 100 000 - 
Azul 06 06 1 000 000 - 
Violeta 07 07 10 000 000 - 
Cinza 08 08 - - 
Branco 09 09 - - 
 
Procedimento para Determinar o Valor do Resistor: 
1) Identificar a cor do primeiro anel, e 
verificar através da tabela de cores o algarismo 
correspondente à cor. Este algarismo será o 
primeiro dígito do valor do resistor. 
2) Identificar a cor do segundo anel. 
Determinar o algarismo correspondente ao 
segundo dígito do valor da resistência. 
 
3) Identificar a cor do terceiro anel. 
Determinar o valor para multiplicar o número 
formado pelos itens 1 e 2. Efetuar a operação e obter ovalor da resistência. 
 
4) Identificar a cor do quarto anel e verificar a porcentagem de tolerância do valor 
nominal da resistência do resistor. 
OBS.: A primeira faixa será a faixa que estiver mais perto de qualquer um dos terminais 
do resistor. 
 
 tolerância 
 
 1
o
 dígito 2
o
 dígito multiplicador 
Figura 2: 
 7 
Exemplo: considere o resistor da figura 7: 
1º Faixa amarelo = 4 
2º Faixa violeta = 7 
3º Faixa vermelho = 2 
4º Faixa prata = 10% 
 O valor será 47 x 10
2 com 10% de tolerância. Ou seja, o valor exato da 
resistência para qualquer elemento com esta especificação estará entre 4230  e 5170 
. 
 Outro elemento que talvez necessite explicação é a tolerância. O 
processo de fabricação em massa de resistores não consegue garantir para estes 
componentes um valor exato de resistência. Assim, pode haver variação dentro do valor 
especificado de tolerância. É importante notar que quanto menor a tolerância, mais caro 
o resistor, pois o processo de fabricação deve ser mais refinado para reduzir a variação 
em torno do valor nominal, ou o teste dos resistores pelo fabricante rejeita mais 
componentes.