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  1. 1. Laboratório de Física III 2 – MULTÍMETRO2.1 - Objetivos Aprender a manusear o multímetro na realização de medidas de tensões e correnteselétricas, contínuas e alternadas, bem como medir resistências elétricas.2.2 - Introdução O multímetro é um aparelho que incorpora diversos instrumentos de medida, comovoltímetro, amperímetro e ohmímetro por padrão e capacímetro, freqüencímetro, termômetroentre outros, como opcionais conforme o fabricante do instrumento disponibilizar. Tem amplautilização entre os técnicos em eletrônica, pois são os instrumentos mais usados na análise dedefeitos em aparelhos eletro-eletrônicos. Também é muito útil no meio científico. Alguns multímetros especiais são utilizados principalmente em pesquisas, como é ocaso do eletrômetro que mede correntes muito baixas (da ordem de 10-14 ampères). A figura 2.1 mostra exemplos de um multímetro analógico e de um multímetro digitalutilizados no laboratório didático de física. Ambos têm um botão giratório que é denominado“seletor de funções e escalas”. É com este seletor que escolheremos a função a ser trabalhada,tais como voltímetro (para medir tensão elétrica), amperímetro (para medir corrente elétrica),ohmímetro (para medir resistência elétrica), capacímetro (medir capacitância), freqüencímetro(medir freqüência) entre outras funções disponíveis. Fig. 2.1 - Multímetros analógico e digital. Abaixo do botão seletor estão os bornes, que são orifícios para a introdução de duaspontas de prova (cabos elétricos para a conexão do multímetro ao circuito). O borne com adenominação “COM” (comum) é sempre utilizado. Os demais bornes são utilizados de acordocom a função desejada. Para se analisar um circuito elétrico de uma forma mais prática padroniza-se utilizarfios vermelhos para polaridade positiva e fios pretos para polaridade negativa. As pontas deprova de um multímetro também têm essas cores, sendo o fio preto ligado ao borne “COM” eo vermelho na função desejada. Observe que os bornes do multímetro também apresentamessas cores. Geralmente, cada uma das funções do multímetro é representada pelas suasrespectivas unidades no SI. Por exemplo, a função ohmímetro é representada por Ω, pois a - Multímetro - 8
  2. 2. Laboratório de Física IIIunidade de resistência elétrica é o ohm, cujo símbolo é a letra do alfabeto grego ômegamaiúscula. Nesta aula, e em aulas futuras, utilizaremos o multímetro digital para a realização dealgumas medidas elétricas. Para tanto, começaremos a estudar suas três principais funções quesão o ohmímetro, voltímetro e o amperímetro.2.3 - Ohmímetro O ohmímetro é um instrumento utilizado para fins de medida de resistência elétrica.Lembre-se que resistência elétrica é a propriedade que tem toda substância (exceto ossupercondutores) de se opor à passagem de corrente elétrica, e que é definida, em um corpodeterminado, pelo quociente da tensão contínua aplicada às suas extremidades pela correnteelétrica que o atravessa. Para realizarmos medidas de resistência elétrica de um componente eletrônico (umresistor, por exemplo) devemos sempre nos certificar de que o componente ou o circuitoelétrico que ele esteja inserido encontra-se não energizado, pois, do contrário, poderá oaparelho ser danificado. O ohmímetro deverá ser ligado, através das pontas de prova, ao elemento que sequeira verificar sua resistência de modo que fiquem em paralelo. A figura 2.2 mostra, em destaque, a função ohmímetro com suas escalas e os doisbornes a serem utilizados com as pontas de prova. O número 200 que aparece ao ladoesquerdo da escala indica que poderemos fazer uma medida de resistência elétrica desde que ovalor não ultrapasse 200 Ω. Ainda na figura 2.2, a chave seletora aponta para o valor 20k. Issosignifica que poderemos efetuar uma medida de até 20 kΩ (vinte quilohms ou vinte milohms). O mesmo raciocínio se aplica às demais escalas, sendo que 2M e 20M significam,respectivamente, dois megaohms e vinte megaohms (2 MΩ e 20 MΩ). Fig. 2.2 - Painel do multímetro com a função ohmímetro em destaque. Cabe ao usuário determinar qual escala será melhor empregada, pois, por exemplo,podemos medir uma resistência de 150 Ω utilizando a escala de 20k, porém, a precisão daleitura será prejudicada. Então, nesse caso, a melhor escala é a de 200. A figura 2.3 ilustra como efetuar a medida da resistência elétrica de um resistor. Bastaconectar diretamente as pontas de prova aos terminais do resistor, lembrando que este nãodeve estar energizado.Obs.: Evite o contato com as mãos aos terminais do resistor no momento da medida, pois,dependendo do valor desse resistor, a resistência medida será a equivalente entre o resistor e ocorpo humano, já que este apresenta também uma resistência elétrica. - Multímetro - 9
  3. 3. Laboratório de Física III 1.57 kΩ Fig. 2.3 - Simulação da medida da resistência de um resistor. Alguns resistores apresentam impressos em seus corpos os valores nominais de suasresistências, sejam em números ou em códigos. O tópico 2.6.1 trata da leitura e interpretaçãodesses códigos.2.4 - Voltímetro Voltímetro é um instrumento para medir a diferença de potencial elétrico (ddp) entredois pontos. A ddp, também conhecida por tensão elétrica ou voltagem, tem como unidade demedida, no SI, o volt (V). No laboratório de Física III trabalharemos basicamente com dois tipos de sinaiselétricos: a tensão contínua (tensão que permanece inalterada no domínio do tempo) e atensão alternada (como o próprio nome sugere, é a tensão que alterna entre positivo e negativoao longo do tempo – o tipo mais usual é a senoidal). Os multímetros digitais mais comuns apresentam os símbolos VAC (VoltageAlternating Current – voltagem de corrente alternada) ou para indicar as medidas de tensãoalternada e os símbolos VDC (Voltage Direct Current – voltagem de corrente contínua) oupara indicar as medidas de tensão contínua. As medidas da ddp, tanto contínua quanto alternada, são realizadas conectando ovoltímetro em paralelo com o elemento a ser analisado. As pontas de prova são colocadas nospontos entre os quais se deseja medir a tensão. Vale ressaltar que um voltímetro ideal é aqueleque possui resistência interna infinita para não interferir no circuito que está sendomonitorado. A figura 2.4 mostra, em destaque, a função voltímetro (para as tensões alternada econtínua), com suas escalas e os dois bornes a serem utilizados com as pontas de prova. Nestafigura a chave seletora aponta para a escala de 750 V em tensão alternada. Isto significa que oaparelho está apto a realizar medidas de tensão que não ultrapasse os 750 volts AC. Paramedidas de tensão contínua este aparelho, tomado como exemplo, pode medir até 1000 V. Observe, ainda na figura 2.4, que nas escalas de ambas as funções (alternada econtínua) aparece o número 200m. Seu significado é 200 milivolts, ou seja, podemos efetuaruma medida de tensão (com considerável precisão) até 200 mV.Obs.: Por precaução, sempre selecione a maior escala de tensão quando não se saiba omáximo valor que uma determinada fonte pode estar fornecendo. As medidas obtidas nessemomento lhe indicarão se há a possibilidade de diminuir a escala e, com isso, melhorar aprecisão da leitura. - Multímetro - 10
  4. 4. Laboratório de Física III Fig. 2.4 - Painel do multímetro com a função voltímetro em destaque. A figura 2.5 mostra um circuito elétrico constituído de uma fonte de tensão contínua edois resistores de valores diferentes. O voltímetro registra a tensão elétrica sobre o resistor R2.Repare como é feita a ligação entre o voltímetro e o resistor (ligação paralela). Se invertermosa posição dos fios aparecerá um sinal negativo na leitura, indicando inversão de polaridade. 6.39 V R1 R2 20 V Fig. 2.5 - Simulação da medida de tensão sobre um resistor. Consulte o apêndice A para verificar a simbologia utilizada em circuitos elétricos.2.5 - Amperímetro O amperímetro é um instrumento utilizado para medir a intensidade de correnteelétrica que circula por um condutor. A unidade de medida, no SI, para a intensidade decorrente elétrica ou amperagem é o ampère (A). Como a corrente elétrica passa através dos condutores e dispositivos ligados a eles,deve-se colocar o amperímetro em série com o elemento em que se quer aferir a corrente queo atravessa, sendo necessário abrir o circuito no local da medida. Por isso, para as mediçõesserem precisas, é esperado que o amperímetro tenha uma resistência muito pequenacomparada à do circuito. O amperímetro ideal é aquele que possui resistência interna nula,não influenciando, portanto, no circuito a ser medido. Amperímetros podem medir correntes contínuas ou alternadas. Dependendo daqualidade do aparelho, pode possuir várias escalas que permitem seu ajuste para medidas coma máxima precisão possível. - Multímetro - 11
  5. 5. Laboratório de Física III A figura 2.6 mostra, em destaque, a função amperímetro (para as correntes alternada econtínua), com suas escalas e os bornes a serem utilizados com as pontas de prova. Fig. 2.6 - Painel do multímetro com a função amperímetro em destaque. Observe, ainda na figura 2.6, que a escala à direita é para corrente contínua e àesquerda é para corrente alternada. Para esse modelo de multímetro são utilizados os bornes“COM” juntamente com o borne “µA mA” para medidas de corrente inferiores a 200miliampères. Para medidas de corrente acima de 200 mA até 20 A, utiliza-se o par de bornes“COM” e “20A” com a chave seletora na posição 20A (observe que na escala há uma marcacom dois valores – 20m/20A – tanto para corrente contínua quanto para corrente alternada). A figura 2.7 mostra um circuito elétrico constituído de uma fonte de tensão contínua edois resistores de valores diferentes. O amperímetro registra a corrente elétrica que atravessaos resistores R1 e R2. Repare como é feita a ligação entre o amperímetro e o circuito (ligaçãosérie). Se invertermos a posição dos fios aparecerá um sinal negativo na leitura, indicandoinversão de polaridade. 1 R2 13.61 mA 20 V R1 2 Fig. 2.7 - Simulação da medida de corrente em um ramo do circuito elétrico. Note que o amperímetro poderia ser inserido nos pontos 1 ou 2 e, mesmo assim, aleitura efetuada seria a mesma, já que o circuito oferece um único caminho a ser percorridopela corrente. Desse modo, poder-se-ia dizer que a corrente que atravessa R1 seria igual àcorrente que atravessa R2, ou seja, I R1 = I R 2 = 13,61 mA . - Multímetro - 12
  6. 6. Laboratório de Física IIIObs.: Por precaução, sempre selecione a maior escala de corrente quando não se saiba o valorque será aferido. As medidas obtidas nesse momento lhe indicarão se há a possibilidade dediminuir a escala e, com isso, melhorar a precisão da leitura. ! Nunca coloque um amperímetro em paralelo com um componente energizado, poisisso pode danificá-lo seriamente.2.6 - Resistores Um resistor (chamado de resistência em alguns casos) é um dispositivo elétrico muitoutilizado em eletrônica, com a finalidade de limitar a corrente elétrica em um ramo de umcircuito. Os resistores podem ser fixos ou variáveis e, neste caso, são chamados depotenciômetros ou reostatos (o seu valor nominal é alterado ao girar um eixo ou deslizar umaalavanca). Alguns resistores são longos e finos, com o material resistivo colocado ao centro, euma perna de metal ligada em cada extremidade. Este tipo de encapsulamento é chamado deencapsulamento axial. Resistores usados em computadores e outros dispositivos sãotipicamente muito menores, freqüentemente são utilizadas tecnologias de montagem emsuperfície (Surface-Mount Technology), ou SMT, esse tipo de resistor não tem perna demetal. Resistores de potência maior são feitos mais robustos para dissipar calor de maneiramais eficiente, mas eles seguem basicamente a mesma estrutura. O valor de um resistor de carbono pode ser facilmente determinado de acordo com ascores que apresenta na cápsula que envolve o material resistivo. Essas cores são o quechamamos de código de cores para resistores (que será visto mais adiante). Resistores padrões são vendidos com capacidades variando desde uns poucosmiliohms até cerca de um gigaohm; apenas uma série limitada de valores, chamados valorespreferenciais, está disponível. Resistores são freqüentemente marcados com sua tolerância (avariação máxima esperada da resistência marcada). Em resistores codificados com cores, umafaixa prateada demonstra uma tolerância de 10%, uma faixa dourada significa 5% detolerância, uma faixa vermelha marca 2% e uma faixa marrom significa 1% de tolerância.Resistores com tolerâncias menores são chamados de resistores de precisão. Um resistor tem uma voltagem e corrente máximas de trabalho, acima das quais aresistência pode mudar (drasticamente, em alguns casos) ou o resistor pode se danificarfisicamente (queimar, por exemplo). Embora alguns resistores tenham as taxas de voltagem ecorrente especificadas, a maioria deles é taxada em função de sua potência máxima, que édeterminada pelo tamanho físico. As taxas mais comuns para resistores de composição decarbono e filme de metal (material resistivo) são de 1/8 watt, 1/4 watt e 1/2 watt. Resistores defilme de metal são mais estáveis que os de carbono, com relação a mudanças de temperatura.Resistores maiores são capazes de dissipar mais calor devido sua área superficial ser maior.2.6.1 - Código de cores A figura 2.8 mostra um resistor de carbono típico, e o significado de cada uma de suasquatro faixas de cores. 1º algarismo Tolerância 2º algarismo Fator multiplicativo Fig. 2.8 - Resistor de carbono e o significado das faixas do código de cores. O valor referente a cada cor é apresentado na tabela 2.1. - Multímetro - 13
  7. 7. Laboratório de Física III Tabela 2.1 - Código de cores para resistores. COR 1º 2º FATOR MULTIPLICATIVO TOLERÂNCIA Preto – 0 x1Ω – Marrom 1 1 x 10 Ω 1 ± 1% Vermelho 2 2 x 10 Ω 2 ± 2% Laranja 3 3 x 10 Ω 3 – Amarelo 4 4 x 10 Ω 4 – Verde 5 5 x 105 Ω – Azul 6 6 x 106 Ω – Violeta 7 7 – – Cinza 8 8 – – Branco 9 9 – – Ouro – – x 10-1 Ω ± 5% Prata – – x 10 Ω -2 ± 10% A figura 2.9 ilustra como efetuar a leitura utilizando o código de cores. A primeirafaixa à esquerda (marrom) representa o primeiro algarismo do valor nominal da resistência(valor 1); a segunda faixa (preto) representa o segundo algarismo do valor nominal daresistência (valor 0); a terceira faixa (vermelho) representa o fator multiplicativo (x 100) e aúltima faixa (ouro), à direita, representa a tolerância (± 5%). Assim, o valor nominal desseresistor é 1000 ± 50 Ω. marrom ouro preto vermelho Fig. 2.9 - Utilizando o código de cores para resistores. A figura 2.10 mostra outro exemplo de utilização do código de cores. A primeira faixaà esquerda (amarelo) representa o primeiro algarismo do valor nominal da resistência (vale 4);a segunda faixa (violeta) representa o segundo algarismo (vale 7); a terceira faixa (verde)representa o fator multiplicativo (x 100.000) e a última faixa (prata), à direita, representa atolerância (± 10%). Logo, o valor nominal desse resistor é 4.700.000 ± 470.000 Ω. amarelo prata violeta verde Fig. 2.10 - Utilizando o código de cores para resistores. É muito comum se usar os múltiplos do ohm, quilohm (kΩ) e o megaohm (MΩ) paravalores nominais. Assim, para o resistor da figura 2.9 podemos dizer que sua resistêncianominal é de 1 kΩ, enquanto que o resistor da figura 2.10 tem uma resistência de 4,7 MΩ. Alguns resistores não apresentam códigos de cores, mas sim uma inscriçãoalfanumérica. Por exemplo, inscrições do tipo 4K7 (4,7 kΩ); 18K (18 kΩ); 1M (1 MΩ); 3M3(3,3 MΩ); 2R2 (2,2 Ω); 3R3 (3,3 Ω) e 0R5 (0,5 Ω) são bastante utilizadas. Em revistas deeletrônica também se usa muito este tipo notação.Obs.: Inicie a leitura pela faixa mais próxima da extremidade do resistor. - Multímetro - 14
  8. 8. Laboratório de Física III2.7 - Parte experimental2.7.1 - Material necessário• Multímetro digital;• Fonte ajustável de tensão contínua;• Fonte de tensão alternada;• Placa de bornes;• Pilha;• Resistores.2.7.2 - Procedimento experimental Antes de qualquer medida, selecione corretamente a função adequada (voltímetro,amperímetro ou ohmímetro). Uma vez selecionada a função, inicie a medida sempre com aescala de maior valor.2.7.2.1 - Medidas de Resistência1. Ajuste o multímetro para a medida de resistência;2. Meça o valor dos resistores apresentados (fixe-os antes na placa de bornes);3. Faça a leitura dos resistores utilizando o código de cores e compare com os resultadosobtidos através do multímetro.2.7.2.2 - Medidas de tensões contínua e alternadaTensão contínua:1. Ajuste o aparelho para medir tensão contínua;2. Selecione a escala adequada e meça a ddp da pilha e da saída da fonte de tensão contínuautilizando diferentes escalas;3. Apresente os resultados com as incertezas correspondentes.Tensão alternada:1. Ajuste o aparelho para medir tensão alternada;2. Selecione a escala adequada e meça a tensão da fonte alternada;3. Apresente os resultados com as incertezas correspondentes.2.7.2.3 - Medidas de corrente contínua1. Monte o circuito mostrado na figura 2.11;2. Ajuste o aparelho para medir corrente contínua e selecione a escala adequada;3. Conecte o multímetro em série no circuito e meça o valor da corrente utilizando diferentesescalas;4. Apresente os resultados com as incertezas correspondentes. 1 kΩ 4,7 kΩ 10 V Fig. 2.11 - Circuito elétrico com resistores ligados em série. - Multímetro - 15

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