Que tipo de conexão (e seu o motivo) deve ser feita ao circuito para se medir a tensão? E para medir a corrente?

Passo 1

O enunciado pede duas coisas claras:
  • Que tipo de conexão deve ser feita ao circuito para medir a tensão (voltagem) e por quê.
  • Que tipo de conexão deve ser feita ao circuito para medir a corrente e por quê.
Informações relevantes (implícitas na questão):
  • Existem dois instrumentos típicos: o voltímetro (mede tensão) e o amperímetro (mede corrente).
  • Cada instrumento tem uma resistência interna: chamada aqui de R_V para o voltímetro e R_A para o amperímetro.
  • Vamos supor circuitos elétricos simples com fonte de tensão e resistores, que é o caso mais comum em provas.

Passo 2

O que é medir tensão e como o voltímetro deve ser conectado.
  • Tensão (diferença de potencial) entre dois pontos é a quantidade de energia por carga que um teste elétrico “vê” ao ir de um ponto ao outro. Em símbolos: a tensão entre dois pontos é \,V=\Delta V.
  • Para medir a tensão entre dois pontos é preciso colocar o voltímetro exatamente entre esses dois pontos, ou seja, em paralelo com o elemento cujos terminais se quer medir. Em palavras: “o voltímetro fica ligado aos mesmos dois pontos do componente”.
  • Motivo elétrico-prático: um voltímetro ideal tem resistência interna infinita ( R_V\to\infty). Assim ele não “puxa” corrente do circuito e não altera a distribuição de tensões.
  • Motivo de medição: o voltímetro mede a diferença de potencial entre os dois pontos onde está conectado; por isso precisa estar em paralelo.

Passo 3

Justificativa matemática (por que R_V deve ser grande).
  • Modele um circuito simples: fonte V_s em série com resistência da fonte R_s e com uma resistência de carga R_L. Se ligar o voltímetro (resistência R_V) em paralelo com R_L, a resistência equivalente do conjunto de carga mais voltímetro é
R_{L\parallel V}=\frac{R_L\,R_V}{R_L+R_V}.
  • A tensão medida pelo voltímetro será a tensão na combinação R_{L\parallel V}. Se R_V não for muito maior que R_L, R_{L\parallel V} fica significativamente menor que R_L e a tensão real no ponto muda — ou seja, o próprio voltímetro altera a grandeza que quer medir (erro de leitura).
  • No limite desejável R_V\gg R_L tem-se R_{L\parallel V}\approx R_L e a leitura é praticamente a tensão verdadeira. Conclusão prática: escolha (ou use) um voltímetro com R_V muito grande (ex.: megohms).

Passo 4

Como medir corrente e como o amperímetro deve ser conectado.
  • Corrente elétrica é a mesma quantidade de carga que passa por um ponto do circuito por unidade de tempo; para medir a corrente que passa por um elemento é preciso que todo o fluxo passe pelo instrumento. Portanto o amperímetro deve ser colocado em série com o circuito (ou seja, inserido no caminho da corrente).
  • Motivo elétrico-prático: um amperímetro ideal tem resistência interna zero ( R_A\to0). Assim ele não adiciona queda de tensão significativa ao circuito e não altera a corrente que se pretende medir.
  • Na prática faz-se: interrompe-se o fio do circuito no ponto onde se quer medir a corrente e insere-se o amperímetro entre as duas pontas abertas (coloca-se em série).

Passo 5

Justificativa matemática (por que R_A deve ser pequeno) e perigo de conexão errada.
  • Modele um circuito com fonte V_s e resistência total do circuito R. Se o amperímetro tem resistência R_A e é colocado em série, a corrente medida será
I=\frac{V_s}{R+R_A}.
  • Se R_A não for desprezível comparada a R, terá-se uma diferença entre a corrente real sem o amperímetro e a corrente medida (erro por perturbação). Por isso deseja-se R_A\ll R.
  • Perigo comum: ligar o amperímetro em paralelo diretamente com uma fonte ou com um resistor (em vez de em série) é equivalente a colocar uma baixa resistência em paralelo com a fonte — isso gera uma corrente muito alta
I_{\text{curto}}\approx\frac{V_s}{R_A},
o que pode queimar o instrumento, fundir fusíveis ou provocar faísca/curto. Portanto NUNCA ligar amperímetro diretamente em paralelo a uma fonte sem resistência apropriada.

Passo 6

Dicas práticas para a prova e laboratório (como fazer sem erro)
  • Sempre selecione a função correta no multímetro (V para tensão, A para corrente) antes de conectar. Muitos multímetros têm entradas distintas para corrente (jack diferente) — use o jack correto.
  • Para medir tensão: coloque as pontas do instrumento nos dois pontos (é paralelo), não é necessário interromper o circuito.
  • Para medir corrente: interrompa o circuito e insira o aparelho em série; alternativamente use um alicate amperímetro (clamp) para medir corrente sem abrir o circuito.
  • Observe polaridade em corrente contínua: ponta vermelha no lado “a montante” e preta no retorno (mas o sinal negativo apenas indica sentido oposto).
  • Valores típicos: voltímetros digitais têm resistências internas da ordem de 1\\ \text{M}\Omega a 10\\ \text{M}\Omega (ou mais). Amperímetros internos ideais têm resistência muito baixa (alguns miliohms); multímetros normalmente têm fusíveis para proteger a entrada de corrente.

Passo 7

Resumo conceptual rápido (memorização para prova)
  • Tensão: voltímetro em paralelo com o componente; porque mede diferença de potencial entre dois pontos e deve ter alta resistência interna para não alterar o circuito.
  • Corrente: amperímetro em série no caminho da corrente; porque mede fluxo que atravessa um ponto e deve ter baixa resistência interna para não atrapalhar o fluxo.

Resposta

Tensão: conectar o voltímetro em paralelo ao elemento (entre os mesmos dois pontos), porque o voltímetro mede diferença de potencial e deve ter R_V muito alta para não alterar a tensão.
Corrente: conectar o amperímetro em série com o circuito (inserir o amperímetro no caminho da corrente), porque o amperímetro mede o fluxo de carga e deve ter R_A muito baixa para não alterar a corrente.

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