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Medidores Elétricos
ferradura

Medidores Elétricos

Em praticamente todas as aplicações práticas da física nos deparamos com a necessidade de realizar medidas. No caso da eletricidade não é diferente. Para instalar ou fazer reparos em uma rede elétrica ou dispositivos eletrônicos, os eletricistas, técnicos ou engenheiros utilizam aparelhos que permitem a medida da intensidade da corrente elétrica, da tensão ou da resistência em um circuito.

Galvanômetro

Qualquer dispositivo que acuse a passagem de uma corrente elétrica é chamado de Galvanômetro. Estes dispositivos podem ser utilizados para a medida da intensidade de uma corrente elétrica (sendo chamados de amperímetros) ou de uma ddp entre dois pontos de um circuito (sendo chamados de voltímetros).

Existem diversas formas de se construir um galvanômetro e todas elas utilizam a força magnética exercida sobre um condutor percorrido por corrente elétrica.

Um galvanômetro pode ser caracterizado por duas grandezas:
- Corrente de Fundo de Escala: É a corrente máxima que um galvanômetro pode medir, provocando a máxima variação da posição de seu ponteiro. Também é chamada simplesmente de “fundo de escala”.
- Resistência interna: É a resistência dos condutores empregados na construção do dispositivo. Não se trata de um resistor adicionado propositalmente ao aparelho, mas sim de uma característica dos materiais utilizados em sua construção.

Representação:

galvanometro

Galvanômetro ideal

O galvanômetro ideal é aquele cuja resistência interna pode ser desprezada. Por não possuir resistência interna, sua presença não altera as características do circuito a ser medido.

Representação:

galvanometro ideal

Construção de um galvanômetro

Existem várias formas de se construir um galvanômetro, mas a mais comum utiliza a força magnética exercida sobre um condutor retilíneo percorrido por uma corrente elétrica. A ilustração abaixo mostra de forma simplificada como funciona um galvanômetro. O princípio utilizado é o mesmo aplicado na construção de motores.

galvanometro

Amperímetro

Como podemos perceber pelo nome, o amperímetro é um aparelho utilizado para medir a intensidade de correntes elétricas.
Representação:

amperimetro

Se a intenção é medir a corrente que passa por um ramo de um circuito, devemos fazer com que essa mesma corrente atravesse o aparelho. Assim, o amperímetro deve ser associado em série com o ramo a ser medido, pois dispositivos associados em série são percorridos pela mesma corrente elétrica.
A figura abaixo mostra um amperímetro associado em série com um dos ramos do circuito. Ele medirá a intensidade da corrente I1. Se desejarmos medir a corrente I2, devemos associar o amperímetro em série com o resistor R2.

amperimetro

Evidentemente, se o amperímetro possuir uma resistência significativa, a corrente que passa pelo ramo do resistor R1 será alterada e a medição não nos mostrará como o circuito funciona em condições normais (sem o amperímetro). Da mesma forma que não subimos em uma balança portando uma mochila, ao medir a intensidade da corrente que atravessa um circuito não devemos alterar sua resistência equivalente. Assim, a resistência interna de um amperímetro ideal deve ser nula. Um galvanômetro ideal associado em série com um circuito constitui um amperímetro ideal.

Amperímetros Reais

Os amperímetros reais, por possuírem condutores reais, que oferecem resistência à passagem da corrente elétrica, apresentam resistência interna diferente de zero (igual à resistência do galvanômetro).  Para que um amperímetro real se aproxime de um ideal, devemos procurar diminuir ao máximo sua resistência, o que pode ser feito associando-se um resistor em paralelo com o medidor. Essa medida também ajuda a resolver outro problema: ajustar o fundo de escala para um valor conveniente.
Esse resistor a ser associado em paralelo é chamado de “Shunt” e é representado no esquema abaixo por RS.

shunt

Resistência interna do amperímetro

A resistência interna de um amperímetro é dada por

eq. 01

Fundo de escala do Amperímetro

O fundo de escala do amperímetro depende do fundo de escala do galvanômetro utilizado e da relação entre rG e RS. Ao associarmos o amperímetro em série com um circuito, parte da corrente (i) do circuito (aquela que desejamos medir) é desviada pela resistência Shunt, de modo que a corrente que passa pelo galvanômetro não ultrapasse seu fundo de escala.
Considere um galvanômetro cuja corrente de fundo de escala é iG. A corrente máxima que o amperímetro poderá medir será i = iG + iS, onde iS é a intensidade da corrente que percorre a resistência shunt.
Como o resistor RS está sujeito à mesma ddp que o resistor rG (rG.iG, pois eles estão associados em paralelo), a corrente iS pode ser obtida pela razão (iG.RG)/RS. Dessa maneira, o fundo de escala do amperímetro será:

eq. 02

Colocando iG em evidência, temos:

Eq. 03

E finalmente:

Eq. 04

Onde o termo entre parênteses é chamado de fator de multiplicação do fundo de escala.

Exemplo:

Se desejarmos aumentar em cinco vezes o fundo de escala de um galvanômetro cuja resistência interna é vinte ohms, devemos escolher a resistência Shunt de modo que o fator de multiplicação seja igual a cinco. Daí temos a seguinte relação:

Eq. 05

A corrente máxima que pode ser medida por esse amperímetro passa a ser igual à corrente iA.
Na prática, ao utilizarmos um amperímetro, devemos escolher o fundo de escala antes de realizar qualquer medida, começando sempre pelo maior valor possível, evitando que o aparelho seja danificado.
Esta seleção de fundo de escala é feita por circuito como o esquematizado abaixo:

seletor

 
 

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