10.5: Instrumentos de medição elétricos

Objetivos de

Ao final da seção, você poderá:

• Descreva como conectar um voltímetro em um circuito para medir a tensão
• Descreva como conectar um amperímetro em um circuito para medir a corrente
• Descreva o uso de um ohmímetro

A lei de Ohm e o método de Kirchhoff são úteis para analisar e projetar circuitos elétricos, fornecendo as tensões transversais, a corrente de passagem e a resistência dos componentes que compõem o circuito. Para medir esses parâmetros, são necessários instrumentos, e esses instrumentos são descritos nesta seção.

Voltímetros e amperímetros DC

Enquanto o voltímetro é a tensão medida, o amperímetro é a corrente medida. Alguns dos medidores em painéis de automóveis, câmeras digitais, telefones celulares e amplificadores sintonizadores são, na verdade, voltímetros ou amperímetros (Figura\(\PageIndex{1}\)). A construção interna do mais simples desses medidores e como eles estão conectados ao sistema que monitoram fornecem mais informações sobre as aplicações de conexões em série e paralelas.

Figura\(\PageIndex{1}\): Os medidores de combustível e temperatura (extrema direita e extrema esquerda, respectivamente) neste Volkswagen de 1996 são voltímetros que registram a saída de tensão das unidades “remetentes”. Essas unidades são proporcionais à quantidade de gasolina no tanque e à temperatura do motor. (crédito: Christian Giersing)

Medindo a corrente com um amperímetro

Para medir a corrente através de um dispositivo ou componente, o amperímetro é colocado em série com o dispositivo ou componente. Uma conexão em série é usada porque os objetos em série têm a mesma corrente passando por eles. (Veja a Figura\(\PageIndex{2}\), onde o amperímetro é representado pelo símbolo A.)

Figura\(\PageIndex{2}\): (a) Quando um amperímetro é usado para medir a corrente por meio de dois resistores conectados em série a uma bateria, um único amperímetro é colocado em série com os dois resistores porque a corrente é a mesma através dos dois resistores em série. (b) Quando dois resistores são conectados em paralelo a uma bateria, três metros ou três leituras de amperímetro separadas são necessários para medir a corrente da bateria e através de cada resistor. O amperímetro é conectado em série com o componente em questão.

Os amperímetros precisam ter uma resistência muito baixa, uma fração de miliohm. Se a resistência não for insignificante, colocar o amperímetro no circuito alteraria a resistência equivalente do circuito e modificaria a corrente que está sendo medida. Como a corrente no circuito passa pelo medidor, os amperímetros normalmente contêm um fusível para proteger o medidor de danos causados por correntes muito altas.

Medindo a tensão com um voltímetro

Um voltímetro é conectado em paralelo com qualquer dispositivo que esteja medindo. Uma conexão paralela é usada porque objetos em paralelo experimentam a mesma diferença de potencial. (Veja a Figura\(\PageIndex{3}\), onde o voltímetro é representado pelo símbolo V.)

Figura\(\PageIndex{3}\): Para medir as diferenças de potencial neste circuito em série, o voltímetro (V) é colocado em paralelo com a fonte de tensão ou com qualquer um dos resistores. Observe que a tensão do terminal é medida entre o terminal positivo e o terminal negativo da bateria ou da fonte de tensão. Não é possível conectar um voltímetro diretamente ao emf sem incluir a resistência interna r da bateria.

Como os voltímetros são conectados em paralelo, o voltímetro deve ter uma resistência muito grande. Os voltímetros digitais convertem a tensão analógica em um valor digital para exibição em uma leitura digital (Figura\(\PageIndex{4}\)). Voltímetros baratos têm resistências na ordem de\(R_M = 10 \, M\Omega\), enquanto voltímetros de alta precisão têm resistências na ordem de\(R_M = 10 \, G\Omega\). O valor da resistência pode variar, dependendo da escala usada no medidor.

Figura\(\PageIndex{4}\): (a) Um voltímetro analógico usa um galvanômetro para medir a tensão. (b) Os medidores digitais usam um conversor analógico para digital para medir a tensão. (crédito a e crédito b: Joseph J. Trout)

Medidores analógicos e digitais

Você pode encontrar dois tipos de medidores no laboratório de física: analógico e digital. O termo “analógico” se refere a sinais ou informações representados por uma quantidade física continuamente variável, como tensão ou corrente. Um medidor analógico usa um galvanômetro, que é essencialmente uma bobina de fio com uma pequena resistência, em um campo magnético, com um ponteiro acoplado que aponta para uma balança. A corrente flui através da bobina, fazendo com que a bobina gire. Para usar o galvanômetro como amperímetro, uma pequena resistência é colocada em paralelo com a bobina. Para um voltímetro, uma grande resistência é colocada em série com a bobina. Um medidor digital usa um componente chamado conversor analógico para digital (A para D) e expressa a corrente ou a tensão como uma série dos dígitos 0 e 1, que são usados para acionar um display digital. A maioria dos medidores analógicos foi substituída por medidores digitais.

Verifique sua compreensão

Os medidores digitais são capazes de detectar correntes menores do que os medidores analógicos que empregam galvanômetros. Como isso explica sua capacidade de medir tensão e corrente com mais precisão do que os medidores analógicos?

[Ocultar solução]

Como os medidores digitais exigem menos corrente do que os medidores analógicos, eles alteram o circuito menos do que os medidores analógicos. Sua resistência como voltímetro pode ser muito maior do que um medidor analógico, e sua resistência como amperímetro pode ser muito menor que a de um medidor analógico. Consulte a Figura

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