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


Práticas Básicas em Medidas Elétricas
CONSTRUÇÃO DE VOLTÍMETRO E AMPERÍMETRO USANDO UM GALVANÔMETRO
 

Introdução

O galvanômetro é um aparelho que mede a corrente elétrica através de seu efeito magnético, e é o "coração" dos aparelhos analógicos de medida de corrente e de tensão que usamos em nosso laboratório. Nessa prática nós vamos ver como o galvanômetro pode ser associado a resistores de forma a ser usado como medidor de tensão (voltímetro) ou de corrente (amperímetro), na escala desejada, e vamos projetar, construir e testar um voltímetro e um amperímetro.

O galvanômetro indica o valor da corrente IG que o atravessa pela deflexão de uma agulha sobre uma escala (Figura 1). O valor máximo da corrente que um galvanômetro pode medir é chamado de corrente de fundo de escala (IFE) e corresponde à deflexão máxima da agulha sobre a escala (daí o nome). Correntes menores do que IFE são indicadas por posições intermediárias da agulha sobre a escala, entre a posição da agulha com corrente nula e a posição do fundo de escala, como frações de IFE. A corrente de fundo de escala está relacionada à sensibilidade do galvanômetro, que é a capacidade de distinguir pequenas correntes: em geral, quanto maior a corrente de fundo de escala, menor a sensibilidade.

O galvanômetro é essencialmente um medidor de corrente e pode ser usado diretamente para medir correntes que não ultrapassem a corrente máxima IFE (Figura 2a). Correntes maiores, além de não poderem ser indicadas pelo aparelho, podem danificá-lo e portanto não podem ser medidas diretamente. Correntes muito menores do que IFE também não podem ser medidas por um aparelho de sensibilidade finita.

Figura 2a. Medida de corrente com galvanômetro
I = IG

Figura 2b. Medida de tensão com galvanômetro
U = UG = RGIG.
O galvanômetro também pode ser usado para medir tensão, se a sua resistência RG for conhecida (Figura 2b). Uma tensão UG aplicada sobre os terminais do galvanômetro gera uma corrente IG que é medida pela deflexão da agulha sobre a escala. A medida de tensão é feita multiplicando-se a corrente medida pela resistência do galvanômetro, UG = RGIG. A tensão máxima que pode ser medida, correspondente à posição da agulha no fundo da escala, é UFE = RGIFE. A escala do medidor representa agora frações da tensão máxima.

A limitação das medidas que podem ser feitas no galvanômetro às suas escalas naturais pode ser facilmente contornada associando-se o galvanômetro a resistores de resistências conhecidas, como veremos a seguir.

Construção de um amperímetro

Figura 3a. Construção de amperímetro com galvanômetro e resistor em paralelo
Um amperímetro é construído pela associação em paralelo de um resistor (chamado de "shunt") com um galvanômetro (Figura 3a). A corrente total IA que atravessa a associação se divide na corrente IGque atravessa o galvanômetro, e é por ele medida,  e na corrente IS que é desviada atravessando o "shunt", na razão inversa de suas resistências. A corrente IG que atravessa o galvanômetro é apenas uma fração da corrente total IA; sabendo em que proporção a corrente total IA se divide entre IG  e  IS poderemos determinar quanto vale a corrente total I medindo a parte dela que atravessa o galvanômetro.
Mostre quee a partir daí que 
O número adimensional é o fator de amplificação da escala natural de medida de corrente do galvanômetro conseguida com a associação em paralelo com o resistor RS. A partir dessa relação podemos calcular o valor da resistência necessário para converter o galvanômetro num amperímetro na escala desejada.

A resistência do amperímetro na nova escala é RA enquanto a corrente máxima que se pode medir é igual a RGIFE/RA. O produto da resistência numa escala pela corrente máxima nessa escala é igual para todas as escalas e corresponde à máxima queda de potencial no amperímetro. Esse valor é uma característica do galvanômetro utilizado no amperímetro, e é igual ao produto da resistência do galvanômetro Rpela corrente de fundo IFE:

queda de potencial máxima no amperímetro  =  RGIFE (em WA).

Construção de um voltímetro

Figura 3b. Construção de voltímetro com galvanômetro e resistor em série
Um voltímetro é construído pela associação em série de um resistor RS com um galvanômetro (Figura 3b). A diferença de potencial total UV  aplicada sobre a associação se divide entre o resistor e o galvanômetro na razão direta de suas resistências RS e RG. A tensão UG aplicada sobre os terminais do galvanômetro é apenas uma fração da tensão total UV aplicada sobre a associação; se soubermos em que proporção UV se divide entre UG  e  US poderemos determinar quanto vale a tensão total UV medindo a parte dela que atua sobre o galvanômetro.
Mostre que   e a partir daí que 
O número adimensional  é o fator de amplificação da escala natural de medida de tensão do galvanômetro conseguida com a associação em série com o resistor RS. A partir dessa relação podemos calcular o valor da resistência necessário para converter o galvanômetro num voltímetro na escala desejada.

A resistência do voltímetro na nova escala é RV enquanto a tensão máxima que se pode medir é igual a RVIFE. A relação entre a resistência numa escala e a tensão máxima nessa escala é a sensibilidade do voltímetro, uma "resistência específica" que é característica do galvanômetro utilizado, igual ao inverso da corrente de fundo de escala:

sensibilidade do voltímetro  =  IFE-1 (em W/V).

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Rshunt =  W

IG  mA
IA 
Construção de amperímetro e voltímetro
Identifique as características do galvanômetro fornecido (IFE, RG).
Calcule os valores da resistência de "shunt" necessários para construir um amperímetro nas escalas desejadas com o galvanômetro fornecido.
Calcule os valores da resistência em série necessários para construir um voltímetro nas escalas desejadas com o galvanômetro fornecido.
Faça as ligações entre o galvanômetro e o resistor, e as ligações entre esse medidor construído por você, o medidor padrão e a fonte, e chame o professor para verificar (observe que para poder testar o amperímetro você deverá construir uma fonte de corrente variável que forneça corrente no intervalo sendo medido).
Faça as medidas de corrente no galvanômetro e as de corrente ou tensão no medidor padrão, conforme o caso. Faça isso para pelo menos 4 diferentes valores de tensão ou corrente, multiplicando a corrente no galavanômetro pelo fator de escala para obter o valor da medida no feita pelo medidor que você construiu, anotando esses resultados numa tabela. 
 
 
 
Material
galvanômetro: IFE  = 15 mA, RG = 5  W
resistências calibradas, diversos valores
fonte de tensão regulável  V
reostato r =  W
amperímetro 
voltímetro 
cabos e grampos
Rsérie =  W


IG  mA
UV 

Amperímetro

Corrente no galvanômetro IG
IG ± DIG
Corrente no seu amperímetro
( IA = _____ x IG
IA ± DIA
Corrente no amperímetro padrão
IP ± DIP
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Voltímetro

Corrente no galvanômetro IG
IG ± DIG
Tensão no seu voltímetro
( UV = ____ x IG
UV ± DUV
Tensão no voltímetro padrão
UP ± DUP
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