Qual é o princípio de funcionamento de um multímetro analógico?
Passo 1
O que o enunciado pede: explicar o princípio de funcionamento de um multímetro analógico.
Informações dadas: só a pergunta — não há dados numéricos nem figura.
Objetivo desta resolução: mostrar, passo a passo e de forma didática, como um multímetro analógico transforma grandezas elétricas (tensão, corrente, resistência) em deslocamento de um ponteiro e como os elementos internos (galvanômetro, resistores em série, shunt, fonte interna, retificador) trabalham para isso.
Informações dadas: só a pergunta — não há dados numéricos nem figura.
Objetivo desta resolução: mostrar, passo a passo e de forma didática, como um multímetro analógico transforma grandezas elétricas (tensão, corrente, resistência) em deslocamento de um ponteiro e como os elementos internos (galvanômetro, resistores em série, shunt, fonte interna, retificador) trabalham para isso.
Passo 2
Ideia central — o galvanômetro de bobina móvel (princípio D’Arsonval).
Um multímetro analógico usa como elemento sensível um galvanômetro de bobina móvel: uma bobina com espiras e área
colocada em um campo magnético
. Quando passa corrente
pela bobina, aparece um torque magnético que tende a girar a bobina e o ponteiro. Esse torque magnético é proporcional à corrente:
Um multímetro analógico usa como elemento sensível um galvanômetro de bobina móvel: uma bobina com
A bobina é presa por molas que exercem um torque elástico que cresce com o ângulo
do ponteiro:
No equilíbrio (posição do ponteiro), os torques se igualam:
Daí vem a relação linear básica:
Explicação das variáveis:
= número de espiras,
= área da espira,
= intensidade do campo magnético,
= constante elástica da mola,
= corrente que passa na bobina,
= ângulo de deflexão do ponteiro.
Resumo simples: deflexão do ponteiro é (aproximadamente) proporcional à corrente que atravessa a bobina.
Resumo simples: deflexão do ponteiro é (aproximadamente) proporcional à corrente que atravessa a bobina.
Passo 3
Como medir corrente (modo ampere): o galvanômetro direto só suporta correntes pequenas (corrente de fundo ou de fundo de escala
). Para medir correntes maiores coloca-se um resistor em paralelo ao galvanômetro — o shunt — que leva a maior parte da corrente. A ideia é definir um shunt
que faça com que, para uma corrente total
, apenas
passe pela bobina. Pela divisão de corrente, como a queda de tensão no shunt e no galvanômetro é a mesma:
Isolando
:
Onde
é a resistência interna do galvanômetro. Essa fórmula mostra como projetar o shunt para qualquer escala de ammeter.
Passo 4
Como medir tensão (modo volt): o galvanômetro mede corrente, não tensão. Para medir tensões coloca-se um resistor em série (
) com o galvanômetro, formando um divisor que limita a corrente para
no fundo de escala quando a tensão máxima da escala
é aplicada. A condição para o fundo de escala é:
Logo o resistor série necessário é:
Uma noção importante que vem daí é sensibilidade do voltímetro em
:
Prática: voltímetro analógico tem resistência finita (não é infinito) e, por isso, “carrega” o circuito medido — é um efeito que devemos sempre considerar em provas e projetos.
Passo 5
Como medir resistência (modo ohmímetro): um multímetro analógico tem uma pequena fonte interna (pilha) e usa o galvanômetro para medir a corrente que atravessa o resistor desconhecido
. O circuito típico é fonte
em série com o galvanômetro (e às vezes um resistor de ajuste) e o resistor desconhecido. A corrente será aproximadamente:
O ponteiro é calibrado para mostrar resistência crescente quando a corrente diminui. Antes de medir, ajusta-se o zero com os terminais em curto (
) usando um potenciômetro de ajuste. Na prova: explique que medida de resistência é indireta (mede corrente, converte para resistência por escala calibrada), e que a precisão depende da tensão da pilha e da calibração.
Passo 6
Medida de tensão/corrente em AC: o multímetro analógico originalmente é sensível a corrente contínua. Para medir AC geralmente se usa um retificador (ponte de diodos) que converte AC em DC antes de aplicar ao galvanômetro. Consequências práticas: o galvanômetro mede a média do valor retificado, não o valor RMS diretamente. Para sinais senoidais padrão o instrumento é calibrado para mostrar o correspondente RMS; mas para formas de onda não senoidais a leitura fica errada. Em provas, diga isso: presença de retificador + calibração para senóide é a regra.
Passo 7
Efeitos práticos e limitações (coisas que caem em prova):
- Linearidade: a relação
é linear só dentro da faixa de operação do mecanismo; grandes ângulos e não idealidades causam não linearidade. - Sensibilidade: definida por
e por . Um galvanômetro mais sensível tem menor e exige resistores maiores para tensões altas. - Carga do circuito: voltímetro altera o circuito se sua resistência não for muito alta; ammeter altera se seu shunt não for suficientemente pequeno.
- Damping e inércia: o ponteiro pode oscilar; há amortecimento (geralmente magnético) para deixar a leitura estável.
- Precisão para AC depende do tipo de retificador e da forma de onda.
Passo 8
Exemplos numéricos simples (para praticar a aplicação das fórmulas):
Exemplo 1 — projetar resistor série para um voltímetro: suponha e
. Queremos uma escala de
. Então
Exemplo 1 — projetar resistor série para um voltímetro: suponha
Ou seja, precisa-se de um resistor série de
.
Exemplo 2 — projetar shunt para um ammeter: com os mesmos e
, queremos medir até
. Então
Exemplo 2 — projetar shunt para um ammeter: com os mesmos
Shunt muito baixo — por isso ammeters para altas correntes usam shunts de baixa resistência robustos.
Passo 9
Como responder na prova (receita prática):
- Diga que o núcleo é um galvanômetro de bobina móvel (D’Arsonval) que converte corrente em deslocamento do ponteiro por torque magnético equilibrado pela mola. Use a equação
para justificar proporcionalidade. - Explique rapidamente como se obtém voltímetro (resistor série, fórmula
), ammeter (shunt paralelo, fórmula ) e ohmímetro (fonte interna, ajuste de zero e leitura indireta). - Comente sobre medição de AC (retificador) e fontes de erro (carga do circuito, forma de onda).
Passo 10
Resumo didático final (para guardar na cabeça): o multímetro analógico transforma corrente elétrica em movimento mecânico do ponteiro por um galvanômetro de bobina móvel; para medir tensão usa-se um resistor em série que limita a corrente, para medir corrente usa-se um shunt que divide a corrente, e para medir resistência usa-se uma fonte interna e observa-se a corrente resultante — tudo isso com algumas correções práticas (retificador para AC, calibração, amortecimento). Você pode usar as fórmulas apresentadas para projetar escalas e entender por que um voltímetro “carrega” o circuito e um amperímetro precisa de shunt.
Resposta
Um multímetro analógico funciona basicamente como um galvanômetro de bobina móvel (princípio D’Arsonval): a corrente
que passa pela bobina gera um torque magnético
que, equilibrado pela mola
, provoca a deflexão do ponteiro proporcional à corrente; para medir tensão usa-se um resistor em série com o galvanômetro (
), para medir correntes maiores emprega-se um shunt em paralelo (
), e para medir resistência utiliza-se uma fonte interna e calibração do zero — medições em AC exigem um retificador e são calibradas para formas de onda específicas.