Instrumentos eléctricos e de medição - exercícios
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Medição de valores de tensões e de resistências
Material
- Multímetro digital
- Cabos tipo banana
- Baterias de 9V (usadas)
- Conjunto de caixas de resistências
Procedimento
- Ligar dois cabos nos conectores adequados para leitura de tensão ou resistência.
- Colocar o multímetro no modo de leitura de tensão DC, seleccionando a escala mais elevada.
- Ligar as outras extremidades dos cabos aos terminais de uma bateria.
- Ajustar a escala do multímetro até obter um valor.
- Efectuar outra medida usando uma escala diferente. Comparar os valores medidos e as respectivas incertezas (absolutas e relativas).
- Desligar os cabos da bateria, mantendo ligados no multímetro.
- Colocar o multímetro no modo de leitura de resistência, seleccionando a escala mais elevada.
- Ligar as outras extremidades dos cabos aos terminais de uma caixa de resistência.
- Ajustar a escala do multímetro até obter um valor.
- Efectuar outra medida usando uma escala diferente. Comparar os valores medidos e as respectivas incertezas (absolutas e relativas).
- Comparar os valores obtidos com o valor tabelado da resistência, obtido através de leitura conforme descrito abaixo. Calcular o desvio relativo e absoluto.
Leitura dos valores de resistências
Os códigos de cores das resistências são um método padrão para indicar o valor da resistência eléctrica, a sua tolerância e, em alguns casos, o coeficiente de temperatura. Cada resistência é marcada com faixas coloridas que representam números e multiplicadores (ver figura).
- Identificar o número de faixas: Normalmente, as resistências têm 4, 5 ou 6 faixas coloridas. O número de faixas determina como interpretar as cores.
- Ler as faixas da esquerda para a direita: Segure a resistência de forma que o grupo de faixas coloridas mais próximas esteja à esquerda. A última faixa, geralmente um pouco mais afastada, indica a tolerância.
- Converter as cores em números: Cada cor corresponde a um número de 0 a 9, um multiplicador (potência de 10) ou a tolerância. As primeiras faixas representam os dígitos significativos do valor da resistência.
- Interpretar as faixas principais:
- Primeiras faixas: Representam os dígitos do valor da resistência.
- Faixa do multiplicador: Indica por quanto multiplicar os dígitos significativos para obter o valor da resistência em ohms (Ω).
- Faixa da tolerância: Mostra a precisão da resistência, indicando o desvio máximo permitido do valor nominal.
- Valor da resistência: Combine os números das faixas principais e aplique o multiplicador. Por exemplo, se as faixas forem vermelha, violeta e laranja, o valor será 27 (vermelho = 2, violeta = 7) multiplicado por \(10^3\), resultando em 27.000 ohms ou 27 kΩ.
- Tolerância: A faixa mais afastada indica a tolerância do componente. Por exemplo, uma faixa dourada representa uma tolerância de ±5%, enquanto uma faixa prateada representa ±10%.
- Para resistências de precisão (5 ou 6 faixas): As primeiras três faixas representam os dígitos significativos, a quarta faixa é o multiplicador, a quinta é a tolerância, e a sexta (se houver) indica o coeficiente de temperatura, usado para aplicações mais específicas.
Medições com a craveira
Material
- Craveira com nónio
- Amostra de rocha
- Balança de precisão
Introdução
Para se medir o comprimento de um objecto com uma craveira, procede-se da seguinte maneira:
- Determine ou leia a natureza do nónio \(a\).
- Coloque o objecto a medir entre as mandíbulas da craveira, comprimindo-as até ficarem bloqueadas pelo objecto.
- Na escala da régua principal, leia o número \(D\) da divisão que fica situada à esquerda da linha de fé do nónio (valor 0 da escala do nónio).
- Na escala do nónio, identifique qual a divisão \(d\) que coincide com uma das divisões da escala da régua principal. Se nenhum traço do nónio coincidir exactamente com um da régua, considera-se coincidente o que estiver mais próximo.
- A medida do comprimento do objecto é dada pela combinação das duas leituras: \(D+a\times d\)
No exemplo ilustrada na figura do lado temos:
- Natureza do nónio: \(a = 1/10 = 0,1\,\mathrm{mm}\)
- Linha à esquerda do zero do nónio: \(D = 2\,\mathrm{mm}\)
- Traço coincidente: \(d=6\)
- Comprimento do objecto: \(D+a\times d=2+6\times 0,1 = 2,6\,\mathrm{mm}\)
Procedimento
- Analise a craveira e leia ou determine a natureza do respectivo nónio, bem como a incerteza associada às medições que irá realizar.
- Usando a craveira, determine as dimensões (largura \(L\), comprimento \(W\), altura \(H\)) de uma amostra de rocha em forma de paralelepípedo.
- Determine o volume \(V=L\times W\times H\) e a respectiva incerteza
- Use a balança digital para determinar a massa \(M\) da rocha
- Determine a densidade \(\rho=M/V\) da rocha e a incerteza associada. A partir do valor obtido, tente determinar de que rocha se trata:
- Grés: \(\rho\approx2,1-2,6\,\mathrm{g/cm}^3\)
- Mármore: \(\rho\approx2,4-2,7\,\mathrm{g/cm}^3\)
- Xisto: \(\rho\approx2,7-2,9\,\mathrm{g/cm}^3\)
Medições com o osciloscópio
Material
Fundamentos do osciloscópio
- Ligue o gerador de funções. Seleccione uma função sinusoidal com amplitude 1 V e frequência 600 Hz.
- Ligue a saída do gerador de funções à entrada CH1 do osciloscópio. Neste, ajuste as escalas verticais, horizontais e o trigger para estabilizar a imagem obtida, dentro dos limites do écran.
- Experimente alterar os parâmetros das escalas de tempo (horizontal) e tensão (vertical). Observe como é afectada a dimensão do sinal observado (e a consequente incerteza na medição)
- Experimente alterar os parâmetros do trigger. Observe como é afectada a posição horizontal do sinal observado.
- Obtenha no écran um ciclo (i.e. um único período) da onda. Seleccione as escalas horizontal e vertical de modo a conseguir observar a maior onda possível, dentro dos limites do écran.
- Utilize a escala graduada do osciloscópio para medir a amplitude da onda – tensão de pico \(V_{PK}\), pico-a-pico \(V_{PP}\) e eficaz \(V_{RMS}\) – e o período da onda observada, bem com as suas incertezas. Determine a frequência e compare com o valor do gerador de funções.
- Altere a escala horizontal de modo a observar 4 períodos completos. Determine novamente o valor do período e compare a precisão com a da medida anterior.
- Altere a escala vertical para o valor imediatamente a seguir, diminuindo a amplitude da onda observada. Determine novamente o valor da amplitude pico a pico e compare a precisão com a da medida anterior.
- Repita os ponto 5 a 8, mas agora utilizando os cursores no ecrã e as ferramentas de medição integradas para realizar as mesmas medições (amplitude, período e frequência). Compare os valores obtidos entre os diversos métodos.
Fundamentos do gerador de funções
- Ligue o gerador de funções à entrada CH1 do osciloscópio. Seleccione uma onda sinusoidal com frequência de 1 kHz e amplitude de 2 V pico-a-pico. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar um ciclo completo.
- Explore as diferentes formas de onda (quadrada, triangular, dente de serra) e observe as suas formas no osciloscópio.
- Ajuste o ciclo de trabalho (duty cycle) de uma onda quadrada e observe como afecta a forma de onda.
- Assegure-se de que percebe a diferença entre ajustar os parâmetros do sinal (no gerador) e os parâmetros de leitura (no osciloscópio)
Sinais com componentes AC e DC
O osciloscópio pode funcionar em modo AC (corrente alternada), significando que é introduzida uma capacidade em série na entrada que elimina a componente DC do sinal, permitindo visualizar com melhor resolução sinais com uma componente DC (de direct current) significativa.
- Ligue o gerador de funções à entrada CH1 do osciloscópio e seleccione a entrada para DC. Seleccione uma onda sinusoidal com a anterior frequência de 1 kHz e amplitude de 2 V pico-a-pico. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar alguns ciclos completos.
- Introduza uma componente DC no gerador de funções e observe a influência no osciloscópio.
- Seleccione agora a entrada para medir sinais AC e analise o impacto na resolução da medida da componente AC do sinal.
Sobreposição e interferência de sinais
- Para este exercício são necessários dois geradores de funções, pelo que será necessário realizar em conjunto com outro grupo.
- Ligue um dos geradores de funções à entrada CH1 do osciloscópio. Seleccione uma onda sinusoidal com frequência de 1 kHz e amplitude de 2 V pico-a-pico. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar um ciclo completo, de forma estável.
- Ligue o outro gerador de funções à entrada CH2. Seleccione uma onda sinusoidal idêntica à anterior. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar os dois canais.
- Altere a fonte de trigger de CH1 para CH2 e observe o resultado na imagem observada.
- Utilize a função matemática do osciloscópio para visualizar a soma dos dois sinais. Observe como as variações de fase entre os sinais afectam a forma de onda resultante.
- Coloque o osciloscópio no modo XY. A forma de activar depende do modelo de equipamento.
- Obtenha a figura de Lissajous correspondente a dois sinais com frequências (aproximadamente) iguais. Observe como a figura evolui à medida que a diferença de fase entre sinais varia.
- Experimente obter figuras de Lissajous para diferentes combinações de frequências: 2:1, 3:1, 3:2, etc (ver figura).