Práticas Básicas em Medidas Elétricas
Construção de Voltímetro e Amperímetro Usando um Galvanômetro
 

Introdução

O galvanômetro indica o valor da corrente I_G 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 (I_FE) e corresponde à deflexão máxima da agulha sobre a escala (daí o nome). Correntes menores do que I_FE 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 I_FE. 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 I_FE (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 I_FE 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 U_G aplicada sobre os terminais do galvanômetro gera uma corrente I_G 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, U_G = R_GI_G. A tensão máxima que pode ser medida, correspondente à posição da agulha no fundo da escala, é U_FE = R_GI_FE. 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 R_S. 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 R_A enquanto a corrente máxima que se pode medir é igual a R_GI_FE/R_A. 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 R_G  pela corrente de fundo I_FE:

queda de potencial máxima no amperímetro  =  R_GI_FE (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 R_S. 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 R_V enquanto a tensão máxima que se pode medir é igual a R_VI_FE. 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  =  I_FE^-1 (em W/V).

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Rshunt = W IG =  mA IA =  A

Construção de amperímetro e voltímetroIdentifique 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  e  =  V  reostato r =  W amperímetro 0 - 30,00 A (± 0,25)0 - 10,0 A (± 0,1)0 - 3,00 A  (± 0,025)0 - 1,00 A (± 0,01)0 - 300,0  mA (± 2,5) voltímetro 0 - 30,00 V (± 0,25)0 - 10,0 V (± 0,1)0 - 3,00 V  (± 0,025)0 - 1,00 V (± 0,01)0 - 300,0  mV (± 2,5) cabos e grampos

Rsérie = W IG =  mA UV =  V

Discuta os resultados e avalie os seus medidores sob os critérios de precisão e acurácia.