O VOLTÍMETRO
Nesta aula serão feitas 3 atividades que permitirão ao aluno conhecer o voltímetro, saber quando ele é usado, como ligá-lo e as diferenaças de escalas.
Atividade 1 . O que é o voltímetro?
O professor pode preparar uma cópia do texto o VOLTÍMETRO que pode ser acessado em: http://www.infopedia.pt/$voltimetro .
Neste texto é dada a definição deste medidor de voltagem muito usado pelos técnicos em eletrônica e eletrotécnica. Distribua o texto aos alunos e peça que leia antes de realizarem a próxima etapa desta aula.
- Para esta atividade inicial é necessário que o professor tenha em mãos pelo menos um multímetro semelhante ao que aparece na figura 1.
- Este aparelho que é usado para medidas elétricas sera usado como voltímetro nesta aula.
- O multímetro atualmente se tornou um aparelho de baixo custo e pode ser adquirido em lojas de componentes eletrônicos.
- O multímetro tem como função realizar diversas medidas elétricas, nesta aula daremos atenção a sua função de voltímetro, ou seja , para medir a diferença de potencial entre dois pontos de um circuito.
- Além do multímetro, é necessário que tenha uma tomada de energia elétrica na sala de aula, uma pilha e uma bateria de celular.
- Antes de usar e explicar o uso do multímetro, deixe que cada aluno o pegue e o conheça visualmente.
- Os alunos terão dúvidas e curiosidade natural de quem nunca manusiou o aparelho.
- Conduza a aula de modo que as dúvidas sejam sanadas aos poucos e com o avançar desta atividade.
- Apresentado aos alunos o multímetro digital, mostre a eles os pontos onde devem ser conectados as pontas que serão usadas nas medidas.
Resposta esperada: Os pontos que serão encaixados os fios para realizar medidas de voltagem são os dois pontos da extremidade direita da ilustração abaixo (figura 1). O ponto COM, que significa comum e ponto V OHM mA, onde V está relacionado a voltagem.
- Com o seletor de medidas posicionado como na figura abaixo, qual tipo de medida pode ser realizada?
Resposta esperada: medida de voltagem, funciona como voltímetro.
- Como ele está posicionado em DCV 200 V, qual o tipo voltagem (de sistema de corrente contínua DC ou corrente alternada AC) pode ser medido?
Resposta esperada: Como está posicionado em DCV, isto quer dizer voltagem de corrente contínua. Isto é, para medir voltagem de baterias ou outros geradores que tem os polos positivo e negativo bem definido e a corrente flui em um único sentido.
- Qual o valor máximo da medida em volts?
Resposta esperada: como esta sobre o 200 , significa que 200 volts seria a máxima voltagem que poderia ser medida, claro que nunca devemos trabalhar muito próximo do limite, quando for medir acima de 180 volts é melhor mudar de escala.
- Se o professor desejar medir a diferença de potencial da tomada elétrica da sala de aula, para que poisção deve mudar o seletor se a tomada da sala pode ser de 220 Volts
Resposta esperada: Como a tomada da sala é de corrente alternada e pode superar 200 volts o porfessor deve colocar o seletor na posição 750 ACV.
Figura 1. Multímetro digital usado para realizar medidas elétricas, imagem obtida do endereço: http://www.curto-circuito.com/images/digital%20multimeter%20DT830D.jpg
O voltímetro abaixo (figura 2) é do tipo analógico, modelo menos comum nos dias atuais, mais foram os primeiros a serem usados como medidos e ainda são encontrados em laboratórios de ensino e em paineis de equipamentos mais antigos. Esta ilustração deve ser aprresentada aos alunos.
Figura 2. Voltímetro analógico, usado para medir tensões (Voltagem ou diferença de potencial) entre dois pontos de um circuito elétrico até 300 Volts em corrente alternada, de acordo com o síbolo,V ~. Imagem obtida do site: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/Volt%C3%ADmetroPY5aal.gif
Agora que os alunos entenderam as escalas de voltagem, com as questões levantadas e dicutidas acima, use o multímetro para realizar as seguintes medidas de voltagem:
- Uma pilha comum.
- Uma bateria de celular.
- A tomada de energia da sala.
Como ajustar a escala:
- Qual deve ser a posição do ponteiro na medida da voltagem da pilha?
Resposta esperada: o ponteiro deve estar posicionado em 20 da faixa DCV, ou seja , máximo de 20 Volts em corrente contínua.
- Qual deve ser a posição do ponteiro na medida da voltagem da bateria de celular?
Resposta esperada: o ponteiro deve estar posicionado em 20 da faixa DCV, ou seja , máximo de 20 Volts em corrente contínua.
- Qual deve ser a posição do ponteiro na medida da voltagem da sala?
Resposta esperada: o ponteiro deve estar posicionado em 750 da faixa ACV inicialmente na expectativa de medir uma tomada de 220 V, mas se for medido um valor abaixo de 180 V mude a escla para 200 V.
- Qual o valor aproximado que foi encontrado para a voltagem da pilha?
Resposta esperada: o valor encontrado foi de aproximadamente 1,5 Volts.
- Qual o valor aproximado que foi encontrado para a voltagem da bateria do telefone celular?
Resposta esperada: o valor encontrado foi de aproximadamente 3,5 Volts, certamente há pequenas variações de acordo com o aparelho telefônico.
- Qual o valor aproximado que foi encontrado para a voltagem da tomada da sala de aula?
Resposta esperada: o valor encontrado foi de aproximadamente 127 Volts , mas em algumas cidades a rede é de 220 V, neste caso o valor será próximo de 220 V.
Atividade 2. Como se liga um voltímetro num circuito
Separe os alunos em grupos pequenos, de no máximo 5 alunos, e entregue a eles o texto sobre o voltímetro. Ler o item 1.6.1 e observe as figuras do texto, apenas meia página. http://www.ufrgs.br/eng04030/aulas/teoria/cap_01/instrume.htm
Figura 3. Voltímetros ligados em paralelo ao que se deseja medir, o que indica 12 V está medindo a ddp(diferença de potencial) entre os polos da bateira ou dos quatro resistores, o que indica 3 Volts está registrando a ddp em apenas um dos resistores. Imagem obtida do endereço: http://geocities.ws/saladefisica8/eletrodinamica/serie40.gif
Na figura 3 os voltímetros são ligados em paralelo ao que se deseja medir, o que indica 12 V está medindo a ddp (diferença de potencial) entre os polos da bateira, indicando que a bateria fornece uma ddp de 12 Volts ao circuito. Por outro lado, este mesmo voltímetro, que indica 12 V, está medindo a queda de tensão que acontece nos quatro resistores. O Outro voltímetro, o que indica 3 Volts, está registrando a ddp em apenas um dos resistores de 1,5 Ohm.
Redesenhando o circuito:
Nesta atividade cada grupo irá realizar desenhos do circuito da figura 3, com as modificações necessárias para atender o que se pede a seguir.
- Redesenhe o circuito de modo que um dos voltímetro esteja medindo a ddp de um dos resistores e o outro de dois outros resistores e indique qual é a voltagem, escrevendo na figura, o valor da voltagem no mostrador de cada voltímetro.
- Redesenhe o circuito de modo que um dos voltímetro esteja medindo a ddp de um resistor e o outro de três outros resistores e indique qual é a voltagem , escrevendo na figura, o valor da voltagem no mostrador de cada voltímetro.
- Redesenhe o circuito de modo que um dos voltímetro esteja medindo a ddp de dois resistores e o outro de dois outros e indique qual é a voltagem, escrevendo na figura, o valor da voltagem no mostrador de cada voltímetro.
- Peça aos grupos que apresentem os desenhos e discuta as varições que podem surgir de um desenho para outro socializando assim o resultado.
Atividade 3. Escalas no Voltímetro
Figura 4. Escala de um multímetro, valores de voltagem, em corrente contínua, variando de 200 mV até 1000V. Imagem obtida do endereco: http://www.deetc.isel.ipl.pt/electronica/leic/fae/aparelhos/jpg/mult_dig_esc_vdc.JPG
Num voltímetro digital, o seletor de escalas é alterado conforme o texto a seguir, alteranado os valores da resistência interna do voltímetro e assim os valores da corrente que o atravessa se altera.
- Para estudar esta alteração distribua o texto " Escalas dum Voltímetro" a seguir: http://www.deetc.isel.ipl.pt/electronica/leic/fae/aparelhos/voltimetro_escalas.htm
- Peça aos alunos que forme pequenos grupos e discutam as questões a seguir.
- Se um físico experimental, deseja usando a escala do mostrador acima , figura 4, medir uma tensão que varia de 0 -15 volts em corrente contínua, ele poderia usar a escala de 1000 V? Justifique sua resposta e crie argumentos.
- Qual é a escala mais adequada para esta medida? Justifique a sua resposta.
- No texto pode ser observado a existência de um voltímetro 1 que tem em série com o medidor uma resitência de valor 1 MegaOhm e outro voltímetro de resistência 10 MegaOhm, qual desses medirá maior voltagem, explique.
- Cada grupo terá um tempo para que apresentem as respostas e os argumentos para as questões 3, 4 e 5. O professor deverá ser o mediador do debate e deve conduzir os alunos a respostas que apontem ao seguinte:
Respostas esperadas:
3. Poderia ser usada a escala de 1000 volts sem danificar o multímetro, porém quando se usa a maior escala para medidas pequenas, a precisão do aparelho fica reduzida e a medida terá maior erro.
4. Uma escala que este valor esteja tranquilamente dentro, é a de 20 V.
5. O voltímetro 2 usa uma resistência em série maior e poderá medir uma maior voltagem.