defi departamento de física Laboratórios de Física www.defi.isep.ipp.pt Estudo de um Amperímetro Instituto Superior de Engenharia do Porto- Departamento de Física Rua Dr. António Bernardino de Almeida, 431 4200-072 Porto. T 228 340 500. F 228 321 159
Estudar o funcionamento e respectiva utilização de um amperímetro analógico; Alargar o campo de medição do amperímetro, tornando-o capaz de medir intensidades de corrente superiores ao valor de fim de escala, concretizando na prática as noções de shunt e de resistência interna de um amperímetro. Material Necessário 1 Placa de montagem 1 Fonte de tensão de 6 V 1 Miliamperímetro (de 1 ma de fim de escala) 1 Multímetro 2 Potenciómetros de valores: 250 Ω e 10 kω 2 Resistências de valores: 1 kω e 5,6 kω Fios de ligação Procedimento Todos os amperímetros possuem uma determinada resistência eléctrica interna (resistência R i ), causadora de um efeito de carga quando o amperímetro é introduzido no circuito para a medição de correntes. É sempre importante conhecer o valor desta R i, mas é particularmente importante no decorrer deste trabalho, de forma a permitir o alargamento do campo de medição do miliamperímetro. Sendo o seu valor inicialmente desconhecido, começa-se por determinar a resistência R i do miliamperímetro utilizado através da montagem representada na figura 1. Através da Lei de Ohm, a resistência R i vem dada por R i = U / I. Este método, usado para a determinação de resistências, designa-se por método voltímetro-amperímetro. 1. Medir (com o multímetro apto a medir tensões contínuas e na escala mais adequada) o valor da tensão de alimentação da fonte, E. Ajustar o valor para 6,0 V. ATENÇÃO: Não alimentar o circuito enquanto não verificar se todas as ligações estão correctamente efectuadas. Em caso de dúvidas deve contactar o professor. Departamento de Física Página 2/5
A Miliamperímetro P Potenciómetro de 10 kω R Resistência de 5,6 kω Figura 1 ATENÇÃO: A corrente ( I ) nunca deverá ultrapassar 1 ma (valor de fim de escala do miliamperímetro utilizado na experiência). 2. Começando com o potenciómetro, P, no seu valor máximo (deve confirmar o valor com o ohmímetro, antes de o introduzir na montagem), fazer 10 leituras, reduzindo o valor da resistência do potenciómetro em intervalos regulares, até ao limite máximo de corrente, de forma a preencher a tabela 1. Para isso, deve medir, em escala adequada, a tensão U (com o multímetro digital apto a medir tensão contínua) e simultaneamente a corrente I (directamente no miliamperímetro analógico). Leitura U I Ri 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U = I Tabela 1 3. Calcular a média dos valores de R i registados no quadro. 4. Construir um gráfico com tensões em ordenadas e correntes em abcissas. Comparar o coeficiente angular da recta traçada (obtida por regressão linear) com o valor de R i calculado na alínea anterior. Assumir este valor como o da resistência interna do miliamperímetro. 5. Com a alimentação desligada, medir R i com o multímetro, na escala mais adequada. Comparar com os dois valores anteriores. Departamento de Física Página 3/5
Depois de determinado o valor de R i, é agora possível tornar o miliamperímetro capaz de medir intensidades de corrente superiores ao seu valor de fim de escala, de 1 ma. Consideremos, como ponto de partida, o esquema eléctrico da figura 2, onde é colocada uma resistência R S (resistência shunt) em paralelo com o miliamperímetro. Se for definido para R S um valor for muito inferior ao valor de R i, a corrente I S será então muito superior à corrente que atravessa o miliamperímetro, I A, e portanto a corrente total, I, é também bastante mais elevada do que I A. I Corrente total a medir I A Corrente que passa no miliamperímetro I s Corrente que passa na resistência shunt Figura 2 Convém não esquecer que um amperímetro é colocado em série no ramo cuja intensidade de corrente se pretende medir. No entanto, depois de colocado o shunt, o aparelho de medida já não é apenas o miliamperímetro, mas o paralelo deste com a resistência shunt. Se, por exemplo: R S = R i / 100 Então: I S = 100 x I A E: I = I S + I A => I = 100 x I A + I A => I = 101 I A Ou seja, quando o miliamperímetro está a indicar I A = 1 ma (valor de fim de escala) a corrente total do circuito é na realidade de: I = 101 x 1 ma = 101 ma. 6. Com base no que atrás foi referido, implementar agora a montagem representada na figura 3. P Potenciómetro de 10 kω S Potenciómetro de 250 Ω A Miliamperímetro M A Multímetro apto a medir corrente contínua Figura 3 ATENÇÃO: Deve iniciar as medições com P no seu valor máximo e com S no seu valor mínimo. A corrente de fim de escala do miliamperímetro não deverá ultrapassar nunca 1 ma. Departamento de Física Página 4/5
7. Ajustar os potenciómetros P e S para que o novo amperímetro, constituído pelo miliamperímetro em paralelo com a resistência shunt, permita medir correntes até 10mA. Nesta situação, quando o ponteiro do miliamperímetro estiver a indicar 1 ma o multímetro deverá estar a indicar 10 ma. Para isso, diminuir lenta e gradualmente o valor de P enquanto aumenta o valor de S. Depois de terminado este ajuste, a posição do potenciómetro S não deve ser alterada. 8. Medir e registar os valores finais de P e S. Para estas medições utilize o multímetro a funcionar como ohmímetro, tendo o cuidado de desligar previamente a alimentação e o miliamperímetro do circuito. 9. Calcular o valor do R i do novo amperímetro com escala até 10 ma (miliamperímetro em paralelo com shunt), usando o valor de R i obtido no ponto 4. 10. Utilizando o amperímetro realizado, com escala alargada até 10 ma, medir e registar as várias correntes definidas na montagem representada na Figura 4. R 1 Resistência de 1 kω R 2 Resistência de 2,5 kω Figura 4 11. Medir e registar novamente as correntes I 1, I 2 e I Total, agora com o multímetro, apto a medir corrente contínua e na escala mais adequada. Com os resultados obtidos nos pontos anteriores, preencher a tabela 2: Miliamperímetro de escala alargada Multímetro (função amperímetro) I 1 I 2 I Total Tabela 2 No relatório deste trabalho deve ainda responder às questões: No circuito da figura 1, qual o valor da resistência da série de R com P para obter a deflexão máxima do ponteiro do miliamperímetro? No circuito da figura 3, os valores determinados experimentalmente confirmam as expectativas teóricas? Pelos valores obtidos nos pontos 10 e 11, confirma-se experimentalmente a lei dos nós de Kirchhoff? Departamento de Física Página 5/5