Experimento de Medidas Elétricas: Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff, Notas de estudo de Administração Empresarial

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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:

R (^) medido  RA  R e R

1 R

1 R

1 medido V

 

5.3. Montado o circuito abaixo, variar e medir Rpot com um ohmímetro e a

correspondente tensão no voltímetro, V

V. Fixe, no máximo, ε^ 5V. Anote

os valores na Tabela 1 e faça um gráfico de V V

 pot R.

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

Grandezas Medidas 1 2 3 4 5 6

pot R

V 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

A i

i i 2 R A R

A

ε

+

i

A

fonte

auxiliar

R 1

R 2

i (^) A i (^) R

A

A

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

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

ε V (^) V

V

R V

Rfonte

Fonte CC

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 i

R ife s R 

  ^  

 

 

 (^)    s R

R Rs fe i 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]

ε

A

Rshunt

i

+

A

i^ fonte s

i (^) A

V

fonte

Figura 5: Circuito para aplicação de uma resistência shunt e medida de corrente no fundo de escala de um amperímetro.

Lei da Tensão: Derivada a partir do Princípio da Conservação da Energia, a lei da tensão estabelece que a soma de todas as tensões em uma malha de um circuito é nula.

O conceito de malha e nó em um circuito elétrico pode ser visto nas Figuras 6a e 6b.

7. Procedimento Experimental

7.1. Monte o circuito da Figura 7. Em seguida, meça e calcule a corrente e a tensão elétrica sobre cada um dos seis resistores. Numere os resistores em ordem crescente dos seus respectivos valores de resistência elétrica. Complete as Tabelas 3 e 4.

rfonte

ε

A

fonte

V

fonte

R 1 R 2 R 3

R 4

R 6

R 5

i 1

i 2

i 3

+

-

i 1

i 2

i 3

i (^) A

Figura 6a: Lei dos nós.

1 2 3

i  i  i  i

R 1

R 2

ε

i

+

Figura 6b: Lei das malhas.

i  R  i  R -  0

Figura 7: Circuito para medida da corrente e da tensão elétrica sobre resistores.

Tabela 3: Medidas de corrente e tensão elétrica num circuito puramente resistivo.

Grandezas

Medidas R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6

Tensão V (V)

Corrente i (A)

Resistência R (Ω)

Tabela 4: Cálculo de corrente e tensão elétrica num circuito puramente resistivo.

Grandezas

Medidas

R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6

Tensão V (V)

Corrente i (A)