Aula 11 - Galvanômetro e suas aplicações

 1.1 - Galvanômetro

O galvanômetro é um dispositivo utilizado, pela sua sensibilidade, para detectar e medir correntes elétricas (contínuas) de pequena intensidade e entra, como componente, nos amperímetros, usados para medir correntes elétricas mais intensas, e voltímetros, usados para medir diferenças de potencial elétrico.

O galvanômetro também funciona aproveitando o torque sobre uma bobina numa região de campo magnético. Um ponteiro P é montado fixo a uma bobina B que, por sua vez, é montada de modo a poder girar em torno de um eixo horizontal numa região de campo magnético gerado por um imã permanente em forma de U. Uma mola M, em espiral, exerce sobre a bobina um torque que equilibra o torque devido ao campo magnético. O vetor torque devido ao campo magnético é paralelo ao eixo de rotação da bobina e tem módulo e sentido que dependem, respectivamente, da intensidade e do sentido da corrente que circula na bobina, que é a corrente que se procura detectar ou medir.
O deslocamento da agulha é proporcional à corrente que circula pelo circuito do galvanômetro, de modo que pode ser feita uma analogia entre a posição da agulha e a intensidade da corrente. Por este motivo, esse tipo de instrumento é denominado análogo ou analógico. Uma outra característica importante desse tipo de indicador, dada pela sua forma de indicação analógica, é que a agulha se desloca de forma constante pela escala, de modo a não haver saltos de indicação.
O galvanômetro é um dispositivo utilizado para medir correntes elétricas de pequena intensidade. Além disso é o componente dos amperímetros e voltímetros reais. Quando o galvanômetro é associado a um resistor em série (multiplicativo) esse funciona como voltímetro. Quando o galvanômetro é associado a um resistor em paralelo (shunt) esse funciona como um amperímetro.
1.1.1 - Construção de Voltímetro com Galvanômetro

O Voltímetro é um instrumento destinado a medir diferença de potencial elétrico (ddp). Ele deve se ligado em paralelo com o elemento de circuito cuja ddp se quer medir.
No esquema abaixo, o voltímetro mede a ddp entre os terminais do resistor de resistência R. Para que o voltímetro não altere o valor da ddp a ser medida, sua resistência elétrica interna RV deve ser muito alta. Voltímetro ideal: resistência RV infinitamente grande (RV → ∞).
Um voltímetro é construído pela associação em série de um resistor RS com um galvanômetro. A diferença de potencial total UV aplicada sobre a associação se divide entre o resistor e o galvanômetro na razão direta de suas resistências RS e RG.

A tensão UG aplicada sobre os terminais do galvanômetro é apenas uma fração da tensão total UV aplicada sobre a associação; se soubermos em que proporção UV se divide entre UG e US poderemos determinar quanto vale a tensão total UV medindo a parte dela que atua sobre o galvanômetro.
UV = UR + UG;
Mas: iv = ir = ig ;
Asim temos:  UV = UG (1 + RS / RG);
A partir dessa relação podemos calcular o valor da resistência necessário para converter o galvanômetro num voltímetro na escala desejada.
1.1.2 - Construção de Amperímetro com Galvanômetro

O galvanômetro pode ser modificado de modo a medir correntes de intensidades maiores e nesse caso é chamado de amperímetro. Essa modificação consiste em colocar em paralelo com o galvanômetro G (Fig.1) um resistor de pequena resistência denominado shunt. Se tivermos um instrumento que possua um fundo de escala de 1 mA, por exemplo, e desejarmos medir correntes até 100 mA, poderemos usar um shunt (RS) que desvie 99 mA da corrente.
No amperímetro entra uma corrente de intensidade i (100 mA) que se divide em duas partes: uma corrente de intensidade iG ( 1 mA) que passa pelo galvanômetro (cuja resistência é RG) e uma corrente de intensidade iS ( 99 mA) que passa pelo shunt (cuja resistência é RS). Como o galvanômetro e o shunt estão em paralelo e portanto estão submetidos à mesma tensão.

U =  RG x iG = RS x iS ;
Mas: i = iG + iS ;
Asim temos  i  =  i = iG (1 + RG / RS);
O Amperímetro é um instrumento destinado a medir intensidade de corrente. Ele deve ser ligado em série com o elemento de circuito cuja corrente se quer medir.
No esquema abaixo, o amperímetro mede a intensidade da corrente que percorre o resistor de resistência R. Para que o amperímetro não altere o valor da intensidade da corrente a ser medida, sua resistência elétrica interna RA deve ser muito baixa. O Amperímetro ideal posui resistência RA nula (RA = 0).
1.1.3 - Construção de Multimetro com Galvanômetro

Dos instrumentos analógicos usados em um multímetro o ohmímetro é o único que precisa  ser energizado. No circuito acima para cada valor de corrente existe um único valor de Rx , relacionados pela equação:
Para calcular o valor de E e de R precisamos montar duas equações  relacionando as duas variáveis. Uma equação  é obtida  impondo que para  RX = 0  a corrente no instrumento será igual à de fim de escala IGM. Fazer  RX = 0  é a  operação  chamada de zerar o ohmímetro, e deve ser feita obrigatoriamente toda vez que o ohmímetro for ser usado  ou quando da mudança de escala . Observe que fazer isto significa estabelecer  o zero. Na prática, o ajuste do zero é feito através de um potenciômetro no  painel do multímetro.
A equação resultante para essa condição é:  E = ( R + RiG ).IGM     nesta equação são conhecidos  RiG e IGM, devemos portanto escrever outra equação relacionando entre si  E e R. Esta  outra equação é obtida  impondo-se que, quando RX  for igual à um determinado valor que chamaremos de resistência de meio de escala ( RDME ) a corrente no  circuito será igual a  IGM / 2, isto é, o ponteiro para no meio da escala. A equação para essa condição é:  E = ( R + RiG + RDME  ).IGM / 2.

Essas duas equações  constituem um sistema de duas equações e duas incógnitas, podendo ser resolvida facilmente. A outra marca importante corresponde à condição de   circuito aberto  RX infinita . Observe  que a escala de resistência é o contrário da escala de corrente, e mais  a polaridade da bateria interna é o contrário da polaridade indicada externamente, isso se deve à necessidade de se usar o mesmo Galvanômetro para medir corrente, tensão e resistência.
1.2 - Multímetro experimental
Este instrumento mede resistências elétricas, mede tensões contínuas e alternadas até 100 volts além de servir também como testador de continuidade na escala de resistências entre muitas outras aplicações.
A comutação é feita por bornes onde são inseridas as pontas de prova. As resistências são todas de 1/8 de watt e o microamperímetro é de 0-200 microampéres O condensador de 100nf é de poliéster com uma tensão mínima de 100 volts. As resistências variáveis servem de ajuste para cada uma das escalas. Para usar o aparelho em escala de ohms basta apenas ajustar o potenciômetro que está em série com a resistência de 4.7k e a pilha de 1.5 volts, colocar as pontas de prova entre o comum e ohm e ajustar até o ponteiro indicar zero antes de cada medida. O ajuste de cada escala de tensão pode ser obtido por comparação de outro multímetro.
© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 26/02/2015