Cefet - Ba
Física Geral e Experimental III - FIS003
Prof. Niels F. Lima

Práticas Básicas em Medidas Elétricas

MEDIDA SIMULTÂNEA DE TENSÃO E DE CORRENTE

 

Introdução

Um medidor do tipo galvanômetro, como os que temos visto até aqui, pode ser usado tanto para medir a corrente I que atravessa um elemento, como a diferença de potencial ou tensão U entre seus terminais. Entretanto, essas medidas são excludentes, não podem ser feitas ao mesmo tempo.

A corrente que atravessa o medidor e a tensão sobre seus terminais estão relacionadas, através da Lei de Ohm, pela resistência do medidor. Quando se arruma o galvanômetro da maneira conveniente para uma medida da tensão sobre um elemento resistivo (nesse caso temos um voltímetro), só se obtém informação sobre a tensão U:  U = UV . A corrente que atravessa o voltímetro é proporcional a essa tensão, IV = U/RV , e nada informa sobre o valor da  corrente I (vide "medir tensão", Prática 1). Por outro lado, quando se arruma o galvanômetro para medida da corrente que atravessa o mesmo elemento resistivo (nesse caso temos um amperímetro), só se obtém informação sobre a corrente I: I = IA . Neste caso não há nenhuma informação sobre a tensão U sobre o elemento, já que UA = RAI. (vide "medir corrente", Prática 1).

Certamente, se pudermos conhecer a curva I x U do elemento, podemos determinar uma das grandezas através da medida da outra, mas isso só é possível por estarmos nos baseando em informações prévias, que não tem nenhuma relação com o processo de medição em questão. As variáveis tensão e corrente são exemplo de um par de grandezas físicas ditas complementares, e tem formalmente uma relação do tipo da que existe entre as variáveis posição e momento na mecânica quântica.

Há duas maneiras de se associar dois medidores do tipo galvanômetro (um amperímetro e um voltímetro) na tentativa de se medir simultaneamente a tensão e a corrente num resistor. Os resultados de ambas são afetados por desvios sistemáticos, mas esses desvios podem ser corrigidos e em muitos casos, quando a correção é menor do que a imprecisão do aparelho de medida, não precisam ser levados em conta.

As duas maneiras de associar um voltímetro e um amperímetro para medir simultaneamente a corrente IR e a tensão UR num resistor de resistência R são mostradas nos diagramas abaixo. IA é a corrente que atravessa o amperímetro e UV é a tensão entre os terminais do voltímetro. IA e UV são grandezas medidas na experiência; gostaríamos que elas correspondessem respectivamente à corrente e à tensão sobre o resistor:

IR  =  IA  e  UR  =  UV           (situação ideal)

mas, como você verá a seguir analisando as duas maneiras de se associar os medidores,  não é exatamente isso que acontece.
Associação A

Observe que:

U=  U  =  UR + UA
I=  IR  =  I - IV

Na associação A o voltímetro indica corretamente a tensão aplicada U e erroneamente a tensão no resistor UR, enquanto o amperímetro indica corretamente a corrente que atravessa o resistor IR e erroneamente a corrente gerada I. A depender do que queremos medir, devemos considerar nos resultados as seguintes correções:

ou

Associação B
Observe que:
U=  UR  =  U - UA
I=  I  =  IR + I

Na situação B o voltímetro indica corretamente a tensão no resistor UR e erroneamente a tensão aplicada U, enquanto o amperímetro indica corretamente a corrente gerada I e erroneamente a corrente que atravessa o resistor IR. A depender do que queremos medir, devemos considerar nos resultados as seguintes correções:

ou

 

Medição simultânea da corrente e tensão num resistor
A medição simultanea da tensão e corrente será possível se soubermos a correção UAà tensão medida na situação A e/ou a correção IV à corrente medida na situação B; para isso precisamos conhecer as resistências RA e RV dos medidores. A depender dos valores de R, RA e RV, a correção em uma das situações, ou mesmo em ambas situações, pode ser insignificante em relação à imprecisão da medida.

Por exemplo, se pudermos aceitar uma imprecisão de 1% nas medidas de corrente e tensão,  a correção da tensão na situação A será desprezível para resistências  R ³ 100 RA(o que implica UA £ UR/100) e a correção da corrente na situação B será desprezível para resistências  R £ 100 RV  (IV £ IR/100).

Se as resistências do voltímetro e do amperímetro forem muito diferentes, então é mesmo possível que para valores de R que atendam simultaneamente ambas condições, se possa usar qualquer uma das situações sem que seja necessário, dentro da precisão considerada, corrigir as medidas.

Nesta prática nós vamos medir a corrente e a tensão em alguns resistores, nas duas situações, comparar os resultados e determinar qual a melhor maneira de medir simultaneamente a tensão e a corrente, nos resistores dados, com os aparelhos de medida dados.

Procedimento Experimental

Atividade

Discuta com os colegas e façam o diagrama de montagem dos componentes da experiência de modo a reproduzir as duas situações A e B. Monte os circuitos e chame o professor para inspeção antes de ligar a fonte de corrente.

Meça a corrente e a tensão, em ambas situações A e B, usando três diferentes valores de da resistência de carga: R = 1000 W, 100 W e 10 W.. Com os resultados faça uma tabela e calcule a resistência R do resistor a partir dos valores medidos em cada situação. Discuta com seus colegas qual a melhor maneira de se medir a resistência de cada um dos resistores da experiência.
 
 

Material

fonte de tensão regulável  V
voltímetro 
amperímetro 
4 resistores, RNominal W
cabos e grampos


 
tensão UV (Volt)
corrente IA (Ampére)