OBJETIVOS Compreender o funcionamento do voltímetro e do amperímetro. Utilizar o voltímetro e o amperímetro para medições em circuitos simples de corrente contínua. MÉTODO EXPERIMENTAL INTRODUÇÃO: Quase todos os trabalhos que efetuaremos no decorrer destas práticas de eletricidade e magnetismo envolverão medidas de diferença de potencial e corrente elétrica. Assim sendo, antes de partirmos para o método experimental propriamente dito, ou seja, para os procedimentos necessários à obtenção dos dados experimentais, aprenderemos a utilizar corretamente o voltímetro e o amperímetro. Grande parte dos instrumentos de medidas elétricas consta essencialmente de um galvanômetro. Um tipo de galvanômetro muito usado é o de quadro móvel, chamado galvanômetro de D'Arsonval, cujas partes essenciais estão desenhadas na figura 1. figura 1 Neste galvanômetro, a corrente elétrica passa pelas molas de suspensão e circula pela bobina que está enrolada num quadro móvel, e imersa em um campo magnético de um ímã permanente. A passagem da corrente elétrica através da bobina faz com que forças magnéticas atuem sobre a mesma; tais forças podem ser representadas por um binário. Tal binário gira a bobina e o ponteiro solidário à mesma, até uma posição em que o torque do binário defletor é contrabalançado pelo torque das forças restauradoras da mola (helicoidal) acoplada à bobina. O torque magnético defletor é proporcional à corrente que circula pela bobina móvel.
Deve-se observar no entanto que, para que o instrumento responda à grandeza que se quer medir, é necessário que o sistema "medido" forneça ao "medidor" a energia necessária para deslocar suas partes móveis (bobina, ponteiro, etc.). Portanto, o processo de medida provoca uma perturbação na grandeza avaliada. Convém notar que isto não ocorre apenas com circuitos elétricos, sendo uma característica das ciências experimentais. Uma vez que não se pode evitar a modificação introduzida pelo instrumento de medida, procura-se minimiza-la. É a partir de galvanômetros que se constroem amperímetros e voltímetros. O AMPERÍMETRO é um disposititivo usado para medir correntes elétricas. A medida será ideal se o instrumento não tiver resistência interna, ou seja, se ele constituir um curto-circuito entre os pontos em que se encontrar instalado. Somente nesta condição as correntes e tensões do circuito não serão alteradas pelo medidor. O amperímetro comum, que aparece esquematizado na figura 2, utiliza um galvanômetro tipo quadro móvel G de resistência interna Rm. A chave seletora, neste caso, põe em paralelo com o galvanômetro resistores convenientemente dimensionados denominados "shunts" (do inglês, shunt que significa colocar uma parte em paralelo com outra) permitindo desse modo que se varie a escala de leitura de corrente. figura 2
O VOLTÍMETRO é um instrumento que mede diferença de potencial (tensão ou voltagem) entre dois pontos de um circuito elétrico. A medida será ideal se o instrumento tiver resistência interna infinita, ou seja, se ele constituir um circuito aberto entre os pontos em que se encontrar instalado. Somente nesta condição as correntes e tensões do circuito não serão alteradas pelo medidor. O voltímetro comum, que aparece esquematizado na figura 3, utiliza um galvanômetro tipo quadro móvel G de resistência interna Rm que, através da chave seletora, é posto em série com resistores internos convenientemente dimensionados. Tais resistores são denominados resistências multiplicadoras, permitindo, desse modo, que se varie a escala de leitura de tensão. figura 3
Os procedimentos: Um cuidado preliminar na utilização de um voltímetro consiste na escolha da escala adequada para a leitura. Quando se conhece o valor máximo da tensão a ser medida, tal escolha é imediata. Quando isso não for possível, coloca-se a chave seletora no fundo de escala máximo. A seguir, reduz-se o fundo de escala até se obter uma deflexão razoável do ponteiro, de preferência com leitura acima da metade da escala. Outro cuidado que deve ser tomado é com a polaridade. Monte o circuito que aparece na figura 4. figura 4 Sendo de 10 Volts a fonte utilizada, coloque o voltímetro na escala conveniente. Meça as diferenças de potencial V01, V02, V03 e V04, operando sempre na mesma escala. Anote os resultados na tabela 1 do relatório. Calcule teoricamente as diferenças de potencial V01, V02, V03 e V04, e determine os erros percentuais dos valores medidos em relação a esses valores calculados. Anote os resultados na tabela 1 e responda a questão que se encontra na página 1 do relatório. Nesta e em outras práticas onde o amperímetro é utilizado num circuito que contém uma fonte de tensão, o máximo cuidado é necessário para evitar a inutilização do instrumento. Um amperímetro jamais deve ser ligado diretamente aos terminais de uma fonte de tensão. O motivo é que, em geral, a resistência interna do amperímetro é de baixo valor, implicando uma corrente elevada no mesmo quando ligado a fonte de tensão. Quando o estudante tiver a sua disposição uma fonte de tensão ajustável, é recomendável, também, antes de ligar a chave da fonte de tensão, deixá-la ajustada no valor de tensão zero. Este procedimento permitirá evitar danos maiores, nos casos em que, por alguma razão, o
circuito tenha sido montado de modo inadequado. Após ligar a chave da fonte de tensão, os instrumentos, principalmente os amperímetros, devem ser observados à medida que a tensão for ajustada para valores crescentes. Se o amperímetro for levado bruscamente ao fundo da escala, desligue prontamente a chave da fonte, confira o seu circuito e, se não encontrar a falha, chame o professor para ajudá-lo. Outra precaução que se deve tomar é, sempre que for possível, estimar o valor da corrente no seu circuito e colocar o instrumento na escala adequada. Quando esta estimativa não puder ser feita, deve-se utilizar a maior escala do instrumento. Entretanto, após estar seguro que não se está ultrapassando os limites do amperímetro, a leitura deverá ser feita na escala adequada, isto é, aquela que permite a maior deflexão do ponteiro, sem, porém, ultrapassar o limite da mesma. Observe o circuito da figura 5 e, por meio de um cálculo simples, determine a escala conveniente do amperímetro. Apresente este cálculo na página 2 do relatório. Coloque o amperímetro nesta escala conveniente, e mantenha-a para todas as medidas com este circuito. Monte o circuito da figura 5, obedecendo à polaridade indicada, isto é, ligando o terminal (-) do amperímetro ao terminal negativo da fonte e o terminal (+) do amperímetro ao ponto marcado (+) do conjunto de resistores. Anote o valor da corrente na tabela 2 do relatório. Figura 5 Ponha em curto-circuito um dos resistores e meça o novo valor da corrente no circuito. Anote o resultado na tabela 2 das folhas de relatório. Proceda da mesma forma para os outros dois resistores. Curto-circuite dois dos três resistores e meça novamente a corrente elétrica no circuito, anotando o resultado na tabela 2 do relatório. Faça a mesma coisa para os outros dois pares de resistores. Jamais curto-circuite todos os resistores. Calcule teoricamente as correntes elétricas que foram objeto de medida no circuito da figura 5. Calcule os erros percentuais dos valores medidos em relação aos valores calculados. Anote os resultados no local apropriado da tabela 2. Responda as questões das páginas 2 e 3 do relatório.