Utilize seus conhecimentos relativos à experiencia sobre medidores eletricos para responder is questes propostas abaixo
(a) Como deve ser introduzido um amperimetro, num trecho de um circuito, quando deseja-se medir a corrente eletrica que passa pelo trecho" Como deve ser a resistència interna do amperimetro" Por qué?
(a) Como deve ser introduzido um amperimetro, num trecho de um circuito, quando deseja-se medir a corrente eletrica que passa pelo trecho" Como deve ser a resistència interna do amperimetro" Por qué?
Passo 1
O que o enunciado pergunta e quais informações temos:
- Pergunta 1: Como deve ser introduzido um amperímetro num trecho de um circuito quando se deseja medir a corrente que passa por esse trecho?
- Pergunta 2: Como deve ser a resistência interna do amperímetro? Por quê?
Não há outros dados numéricos no enunciado. A partir dessas perguntas, vou explicar passo a passo o procedimento correto, a lógica física por trás disso e dar exemplos numéricos e práticos para você entender e conseguir aplicar na prova.
Passo 2
Onde o amperímetro deve ser colocado (regra prática e por que):
- Regra prática curta: o amperímetro deve ser colocado em série com o trecho do circuito cuja corrente se deseja medir.
- Por que em série? Em série os elementos têm a mesma corrente passando por eles. Se o objetivo é medir a corrente que passa por um componente específico (por exemplo, um resistor), então o amperímetro tem de estar no mesmo caminho da corrente desse componente: isso garante que a corrente que passa pelo amperímetro é exatamente a corrente do trecho medido.
- Como fazer isso na prática: abrir (interromper) o circuito naquele ponto e inserir o amperímetro entre as duas partes abertas, de modo que a corrente tenha de passar pelo instrumento para continuar o caminho. Sempre observar a polaridade (terminal positivo do instrumento para o lado positivo do circuito) quando for um instrumento com polaridade.
Passo 3
O que acontece se o amperímetro tiver resistência interna não nula — a ideia física (sem ainda usar números):
- O amperímetro é um elemento adicional colocado em série. Qualquer resistência adicionada em série altera a corrente total do circuito segundo a lei de Ohm. Portanto, se a resistência interna do amperímetro for grande, a corrente medida será menor do que a corrente que existiria sem o amperímetro — ou seja, a própria medição perturba o circuito.
- Por isso queremos que o amperímetro “invisivelmente” deixe a corrente igual ao que seria sem ele: para isso a resistência interna do amperímetro deve ser muito baixa.
Passo 4
Demonstração com fórmulas (passo a passo, muito didático):
- Considere uma fonte de tensão de valor
e um trecho do circuito que, sozinho, tem resistência . Sem o amperímetro a corrente seria
- Se inserirmos um amperímetro com resistência interna
em série com esse trecho, a resistência total passa a ser e a corrente medida será
- Comparando
com : a presença de reduz a corrente. Para ver o efeito relativo, podemos escrever (supondo pequeno frente a ) uma aproximação por série:
onde usei a aproximação
para
pequeno. Isso mostra explicitamente que o erro relativo na medição é aproximadamente
(para
).
Passo 5
Exemplo numérico simples (para você sentir a diferença):
- Suponha
e o trecho tem . Então sem amperímetro:
- Se o amperímetro tem
, então
erro relativo
.
- Se
, então
erro relativo
.
Conclusão: quanto menor , menor a perturbação.
Conclusão: quanto menor
Passo 6
Conceito de “tensão de queda” do amperímetro (burden voltage) e sua importância:
- A tensão que aparece sobre o amperímetro é
. Mesmo que pequena, essa tensão reduz a tensão disponível para o resto do circuito e pode alterar comportamentos (especialmente em circuitos de baixa tensão ou componentes sensíveis). - Objetivo prático: reduzir
— isto é, ter muito pequeno — para não afetar o funcionamento do circuito e garantir a leitura correta.
Passo 7
Como os amperímetros reais mantêm
pequena — montagem prática:
- Voltímetro e amperímetro têm filosofias opostas: voltímetros têm alta resistência interna; amperímetros, baixa.
- Instrumentos de bancada costumam usar um galvanômetro ou um circuito de medição sensível mais uma resistência de shunt (ligada em paralelo com o detector sensível) para desviar a maior parte da corrente, fazendo com que o detector veja apenas uma fração e, assim, o conjunto apresente resistência efetiva muito baixa.
- Se quiser transformar um galvanômetro (resistência interna
e corrente de fundo de escala ) em um amperímetro com fundo de escala , calcula-se o shunt por:
obtendo-se um conjunto cujo
efetivo é pequeno e o fundo de escala maior.
Passo 8
Cuidados práticos ao usar um amperímetro (dicas para prova e laboratório):
- Sempre colocar o amperímetro em série (nunca em paralelo com uma fonte de tensão), porque ligá-lo diretamente em paralelo pode provocar curto-circuito e danificar o instrumento e a fonte.
- Começar sempre na faixa mais alta do aparelho se não souber a corrente aproximada e reduzir a faixa para maior precisão.
- Observar polaridade nos instrumentos que têm sentido definido.
- Usar fusível/proteção quando medir correntes grandes.
- Lembrar do conceito de “burden voltage”: em medições de correntes muito pequenas ou em circuitos sensíveis, mesmo um pequeno
pode prejudicar a medição.
Passo 9
Resumo didático e incentivo rápido:
- Em resumo: para medir corrente corretamente insere-se o amperímetro em série com o trecho a medir; o ideal é que a resistência interna
seja muito baixa (ideia: ). - Você já tem a fórmula e o exemplo prático para justificar isso na prova; se ficar nervoso, escreva a expressão
e compare com — isso resolve boa parte das questões teóricas. Força aí, você consegue!
Resposta
O amperímetro deve ser introduzido em série no trecho cujo fluxo de corrente se quer medir (abre-se o circuito e insere-se o amperímetro em série, observando polaridade e faixa).
A resistência interna do amperímetro deve ser muito baixa (idealmente ), para minimizar a perturbação da corrente medida (porque a corrente passa por
em série e a presença de
reduz a corrente segundo
).
A resistência interna do amperímetro deve ser muito baixa (idealmente