BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA MEDIÇÕES ELÉTRICAS

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BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

MEDIÇÕES ELÉTRICAS

DISCIPLINA: Física 3                                                        

PROFESSOR: Huyra Estevão

Piracicaba

2019

1. INTRODUÇÃO

1.1        Eletricidade básica

Tales de Mileto (600 a.C) descobriu o princípio da eletricidade estática, através de um experimento simples que consistia em esfregar (atritar) uma haste de âmbar com um pano, desse modo era possível atrair pequenos objetos como cabelo e penas. O nome eletricidade surgiu da etimologia da palavra âmbar. Em 1600, o médico e físico Willian Gilbert continuou com a evolução e história da eletricidade. Foi o primeiro a utilizar os termos energia elétrica e força elétrica. Continuou os estudos de tales de Mileto e pode ver que além do âmbar, existem muitas outras substâncias que podiam atrair objetos. Estudou a atração do âmbar e a de outras substâncias por pequenos objetos e verificou que esse fenômeno pode ser explicado pela eletrização que os materiais sofrem ao serem atritados e denominou a atração de eletricidade.

Em 1730 o cientista inglês Stephen Gray, que descobriu a eletrização por indução, analisou que era possível fazer a transferência da eletricidade através de um grupo de materiais. Por outro lado, em 1733, Charles Dufay viu que além do efeito de atração nos objetos, também existia o efeito de repulsão para alguns casos. Ele percebeu que não existia somente a carga positiva, mas que havia dois tipos de cargas elétricas: cargas carregadas positivamente e negativamente. Isso foi explicado através das diferentes eletrizações que os objetos adquiriam, ou seja, quando possuíam eletrizações iguais, se repeliam, e quando as eletrizações eram diferentes, se atraíam. Em 1748, Franklin analisou uma garrafa (garrafa de Leyden) que acumulava eletricidade, um tipo primitivo de condensador ou capacitor, concebido pelo professor holandês da Universidade de Leyden, Pieter Van Musschenbroek Franklin descobriu os dois “estados da eletricidade”, que depois batizou de cargas positiva e negativa.

1.2   Grandezas e Medidas elétricas

Na eletricidade básica existem três grandezas fundamentais, a tensão elétrica, a corrente elétrica e a resistência elétrica.  A tensão é uma medida da energia envolvida no transporte de uma carga elementar entre dois pontos de um campo elétrico. Existe tensão elétrica entre dois pontos de um campo sempre que o transporte de carga entre esses mesmos dois pontos envolve liberação ou absorção de energia elétrica por parte do sistema. Ela pode ser medida através da unidade conhecida como volts (V). Por outro lado, a corrente elétrica diz respeito ao movimento ordenado dos elétrons de um corpo a outro e pode ser medida através da unidade conhecida como ampère (A).

Resistência elétrica é a grandeza física que diz respeito à dificuldade que os materiais, constituintes dos corpos, oferecem à passagem da corrente elétrica. A resistência elétrica pode ser medida através da unidade conhecida Ohm (Ω).  Todavia, resistor é o componente desenvolvido para se ter controle da resistência, utilizado na montagem dos circuitos eletrônicos.

         1.3. Lei de Ohm

O físico alemão Georg Simon Ohm, estabeleceu a relação entre tensão e corrente em resistores. A partir de estudos feitos em circuitos elétricos simples, Ohm percebeu a circulação de corrente elétrica no circuito. Em seguida, variou a tensão do circuito e percebeu uma corrente elétrica diferente. E desta forma para cada tensão aplicada uma corrente diferente era registrada em suas anotações. Contudo, percebeu uma razão constante na relação entre tensão e corrente. Desse modo, esse valor constante obtido da razão entre tensão e corrente recebeu o nome de resistência elétrica. A relação entre tensão e corrente observada é mostrada na figura 1. Logo, A lei de Ohm estabelece que a tensão em um resistor é diretamente proporcional à corrente que flui através dele. Deste modo, um componente de circuito cuja característica elétrica é resistiva, é chamado de resistor podendo ser representado como mostrado na figura 2.

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Figura 1. Representação de um gráfico de tensão em função da corrente.

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Figura 2. Representação de um circuito composto por dois resistores em paralelo.

A lei de Ohm é descrita pela equação:

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         1.4    Instrumentos de medidas

Medir é o processo de determinar experimentalmente um valor para uma característica que possa ser atribuída a um objeto ou evento, permitindo assim que sejam realizadas comparações com grandezas, de mesma espécie. Medidas elétricas só podem ser realizadas com a utilização de instrumentos medidores, que permitem a quantificação de grandezas cujo valor não poderia ser determinado através dos sentidos humanos. A fim de estabelecer uma relação numérica entre grandezas de mesma espécie e fazer a comparação entre um valor padrão e um valor obtido experimentalmente, foram desenvolvidos diversos instrumentos de medidas. Dessa forma, instrumentos de medidas são dispositivos que, durante seu uso, garantem fornecer um ou mais valores conhecidos de uma grandeza. Os instrumentos de medidas elétricas podem ser classificados de várias formas, de acordo com o aspecto considerado quanto à Grandeza a ser medida.

1.4.1        Galvanômetro d'Ansorval

O Galvanômetro d’Ansorval é um medidor Analógico de corrente e tensão elétrica que utiliza o campo elétrico gerado por imãs posicionados em volta de uma bobina. A forma de medição alterna por meio de resistores internos acionado por uma chave e em paralelo tem-se a leitura da corrente. Sua leitura é feita através de um ponteiro sobre uma escala graduada.

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Figura 3. Representação da estrutura física de um Galvanômetro d’Ansorval.

1. Voltímetro

O Voltímetro Analógico é um instrumento de medida para medição da diferença de potencial entre dois pontos, ou seja, tensão. Logo, deve ser ligado sempre em paralelo com o trecho do circuito do qual se deseja obter a tensão elétrica. Além disso, contém a mesma estrutura física do Galvanômetro d’Ansorval, porém seu resistor é ligado em série, pois para não afetar o circuito, sua resistência interna deve ser muito alta. Desse modo é possível variar a escala de leitura da tensão. Uma representação do circuito de um Voltímetro está presente na figura 4.

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