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Diretoria de Ciências Exatas Laboratório de Física

Roteiro 04 Física Geral e Experimental IV

Experimento: Medidas Elétricas, Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff

1. Medidas Elétricas, Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff

Nesta tarefa serão abordados os seguintes assuntos:

a. Amperímetros e Voltímetros em circuitos elétricos; b. Lei de Ohm; c. Leis de Kirchhoff.

2. Objetivos a. Estudar as medidas elétricas com um multímetro digital: função amperímetro e voltímetro. Onde tem como objetivo estudar as resistências internas associadas às funções internas de um multímetro e sua inclusão em circuitos elétricos. b. Discutir a Lei de Ohm para resistores ôhmicos e não ôhmicos a partir da curva característica de cada componente resistivo. c. Discutir, também, as Leis da malha e dos nós (Leis de Kirchhoff) em um circuito puramente resistivo.

3. Material utilizado:

a. Resistores diversos; b. Matriz de contato (protoboard); c. Fios para contato; d. Multímetros digitais; e. Lupa; f. Fonte de Tensão; g. Tabela com código de cores.

4. Medidas Elétricas

A Figura 1 mostra um circuito elétrico com um resistor, um gerador, um amperímetro e um voltímetro. As funções do amperímetro e do voltímetro num circuito elétrico são, respectivamente, para medir a corrente e a tensão elétrica. No caso do circuito abaixo, a corrente que passa através do resistor e a tensão elétrica sobre este resistor.

Uma conseqüência importante da inclusão de multímetros nos circuitos elétricos é que eles possuem uma resistência elétrica interna intrínseca. Amperímetros e Voltímetros funcionam a partir do desvio de corrente elétrica. Ou seja, eles modificam as correntes e tensões em um circuito, e, conseqüentemente, suas medidas. Tais aparelhos, cujas resistências internas não são nulas, são ditos não ideais.

Na Figura 1 são mostradas duas opções de circuito elétrico para se medir a corrente e a tensão elétrica sobre um resistor. Dependendo da resistência elétrica a ser medida, um circuito é mais adequado que outro. Para altas resistências, o circuito A é mais adequado. Amperímetros possuem resistências elétricas muito baixas, cujos valores podem, em alguns casos, serem desprezíveis em relação à medida final da resistência estudada.

Portanto, conhecer as resistências internas dos instrumentos utilizados é importante e ajuda a avaliar os resultados obtidos e fazer as correções necessárias.

Para os dois circuitos, A e B, abaixo temos que as resistências internas dos aparelhos afetam da seguinte forma a resistência do circuito:

RRRAmedidoe

R1R1R 1 Vmedido

gerador

(A) gerador

5. Procedimento Experimental

5.1. Para Medir a Resistência Interna de um Voltímetro montaremos o circuito da Figura 3. O circuito é composto de um voltímetro uma fonte C, dois voltímetros, um para medida da saída da tensão da fonte e um outro, o qual se deseja medir a resistência interna, V R. O circuito é composto, também por um resistor de resistência variável cujo símbolo é dado na Figura 2.

5.2. Resistores variáveis permitem modificar mecanicamente o valor de sua resistência e são denominados potenciômetros. Podem ser de fio ou de carvão, e a variação pode ser linear ou logarítmica.

Resistores – SímbolosPotenciômetro – Resistor variável

A relação entre a resistência do potenciômetro e a tensão da fonte é dada por:

V VVRVRpotR ε

Figura 1: Elementos de um circuito elétrico. Um amperímetro, um voltímetro, um resistor e um gerador.

Figura 2: Símbolos usados para resistores e potenciômetros.

5.3. Montado o circuito abaixo, variar e medir potR com um ohmímetro e a correspondente tensão no voltímetro,V V. Fixe, no máximo, 5Vε . Anote os valores na Tabela 1 e faça um gráfico de

pot R.

Tabela 1: Medidas para determinação da resistência interna de um voltímetro.

Grandezas Medidas

R

pot

V

5.4. Para medir a Resistência Interna de um Amperímetro, monte o circuito da Figura 4. O amperímetro auxiliar deverá possuir um fundo de escala igual ou superior ao que vamos testar. A resistência em série com o transformador (gerador) permite proteger o circuito.

A resistência interna do amperímetro é obtida a partir da seguinte relação:

A i

2RA R

A fonte auxiliar i A i R

Figura 3: Circuito para mediada da resistência interna de um voltímetro.

Figura 4: Circuito para determinação da resistência interna de um amperímetro.

Rfonte

Fonte C

5.5. Em algumas ocasiões é necessário medir correntes elétricas cujas intensidades são maiores do que a intensidade superior de fundo de escala do amperímetro disponível. Quando isto ocorre, é usado, comumente, o recurso da resistência “shunt”, ou, resistência de desvio. Monte o circuito dado na Figura 5 e observe as seguintes relações:

fe i fe iR

s R s R fe i onde fe i é a corrente de fundo de escala no amperímetro.

O potenciômetro acima é usado para proteger o circuito.

5.6. Com base no circuito da Figura 5, compare o valor teórico com as medidas para a tensão sobre a resistência shunt, a corrente total e a corrente no amperímetro. Para isso, complete a Tabela 2:

Tabela 2: Medidas e cálculos de uma resistência shunt.

Grandezas Medidas e cálculos

Valores Teóricos Medidas Tensão (V) [V]

Corrente (i) [A] Resistência (R) [Ω]

Rshunt i fonte is i A

V fonte

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