Ponte de Wheatstone

Galvanômetro como Amperímetro e como Voltímetro – Ponte de Wheatstone

 

Galvanômetro

 O galvanômetro é um dispositivo que mede correntes de pequenas intensidades e que é composto, de uma maneira bem simples, por muitos condutores retilíneos sendo percorrido por uma corrente elétrica, mesmo princípio utilizado na construção de motores elétricos.

Símbolo de um galvanômetro

Galvanômetro adaptado para amperímetro

 Quando você quer que o galvanômetro meça correntes maiores que as de seu fundo de escala (funcionando como amperímetro) você deve associar, em paralelo a ele, um resistor (R_S) denominado shunt (em inglês, desvio).
O conjunto todo, galvanômetro com resistência R_G e a resistência shunt paralela a ele constitui o amperímetro, que se transforma num galvanômetro de escala ampliada.

i corrente total de fundo de escala que você quer medir

i_G  corrente de fundo de escala do galvanômetro

i_S  corrente que é desviada para a resistência shunt (R_S)    

R_G  resistência interna do galvanômetro

Analise com atenção esse exemplo numérico:

Você possui um galvanômetro de resistência interna R_G = 100 Ω e corrente de fundo de escala i_G = 10 mA.

Para você medir correntes de até i = 1 A (quando a corrente de fundo de escala do galvanômetro estiver marcando 10 mA, na realidade deverá estar marcando 1 A), você deve transformá-lo num amperímetro, colocando em paralelo uma resistência de (100/99) Ω.

Assim, a corrente que faz o ponteiro do galvanômetro ir até o fundo de escala é i = 1A quando no galvanômetro está passando 0,01 A e a parte que desvia para o shunt é i_S = 0,99 A.

Assim, se o galvanômetro estivesse marcando 5mA (metade da escala), na realidade a corrente medida seria de 0,5 A (metade de 1 A).

Observe que o fator de multiplicação é n = (1 + R_G/R_S)=1 + 100/(100/99) =100    n = 100 (quando deveria marcar 0,01 A estará marcando 100×0,01 = 1 A).

Galvanômetro adaptado para voltímetro

Quando você quer que o galvanômetro meça tensões (voltagens ou ddps) maiores que as de seu fundo de escala você deve associar, em série a ele, um resistência (R_M) denominada resistência multiplicadora.

O conjunto todo, galvanômetro com resistência R_G e a resistência multiplicadora em série com ele constitui o voltímetro, que se transforma num galvanômetro de escala ampliada.

Observe que a corrente i é a mesma tanto no galvanômetro como na resistência multiplicadora R_M e que a tensão total (U) que é a tensão de fundo de escala indicada pelo voltímetro é a soma da tensão de fundo de escala no galvanômetro (U_G) com a tensão na resistência multiplicadora (U_M).

U = U_G + U_M    U_M = R_M.i    U_G = R_G.i    i = U_G/R_G    U = U_G + R_M.U_G/R_G    U = U_G( 1 + R_M/R_G)    U = m.U_G    a expressão m = (1 + R_M/R_G) é chamada fator de multiplicação.

Analise com atenção esse exemplo numérico:

Você possui um galvanômetro de resistência interna R_G=100Ω e corrente de fundo de escala i_G = 10mA.

Para você medir tensões de até 3V (quando a corrente de fundo de escala do galvanômetro estiver marcando 10mA, na realidade estará marcando 3V), você deveassociar em série uma resistência multiplicadora de 200Ω de modo que ele se transforme num voltímetro que indique entre 0 e 3V  —  provando  U=R_G.i + R_M.i=100.0,01 + 200.0,01    U=3V.

 

Ponte de Wheatstone

 

Trata-se de uma associação de três resistores fixos e um variável (reostato), como representado na figura.

Serve, dentre outras coisas, para determinar a resistência de um resistor. Conhecendo, por exemplo, R₁, R₂ e R₄, pode-se determinar R₃, da seguinte maneira:

 Liga-se entre B e D um amperímetro muito sensível (galvanômetro).

Varia-se o reostato (resistência variável) R_X até que a intensidade i_A de corrente no amperímetro se torne nula (i_A = 0).

Nessa situação, diz-se que a ponte está em equilíbrio. Sendo nula a corrente no amperímetro, não existe diferença de potencial entre os pontos B e D.

Ponte de fio

 

O que você deve saber, informações e dicas

 

 Se a ponte está em equilíbrio, ou seja, se R₁.R_X = R₂.R₃, você pode tocar os pontos B e D com as mãos e não leva choque e também qualquer aparelho elétrico colocado entre B e D não funcionará, pois V_B = V_D e nesse trecho não passa corrente elétrica.

Confira os exercícios sugeridos!