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F-329 [04]
Ponte de Wheatstone
Conceitos
Ponte de Wheatstone.
Detetor de zero.
Medio de resistncias.
Introduo
A ponte de Wheatstone um circuito usado como medidor por
comparao. Neste
caso, ser utilizado para a medio de resistncias. No seu ajuste,
a ponte usa o conceito
de deteco de zero que um critrio menos sensvel a problemas de
calibrao ou de
preciso de padres de referncia. Na Figura 1, por exemplo, se os
valores das
resistncias Rx, Rd, R1, R2 estiverem tais que os potenciais em c
e em d estejam iguais,nenhuma corrente circular pelo
galvanmetro.
Se uma das resistncias for desconhecida, o valor das outras,
quando a ponte
estiver em equilbrio, permitir a determinao da incgnita. Para
permitir a procura do
equilbrio da ponte utiliza-se uma resistncia ajustvel calibrada
para uma das trsresistncias conhecidas.
A associao do conceito de comparao de sinais e do detetor de
zero aplicadaem inmeros instrumentos e sensores.
Figura 1. Montagem experimental de uma ponte de Wheatstone.
Uma caracterstica interessante da ponte de Wheatstone que sua
sensibilidade mxima no caso em que as 4 resistncias so iguais. Em
outras palavras, quando as 4
resistncias possuem valores iguais (ou bem prximos), se o valor
de uma delas for
variado um pouquinho, ocorre uma grande variao da corrente no
galvanmetro.
Observao: O circuito proposto para a montagem experimental
(Figura 1) inclui duasresistncias cujas funes so essencialmente
proteger o galvanmetro e a resistncia
de dcada. Verifique que Rp e Rsh no tm outra funo, preste tambm
ateno ao fato
que os primeiros momentos da procura do equilbrio so os mais
perigosos para o
instrumento, j que h possibilidade deste se encontrar longe do
zero procurado.
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Assim, sempre que for fechar a chave do circuito, coloque o
potencimetro da fonte nomnimo, aumentando aos poucos.
Material necessrio (veja a Figura 1)Placa de montagem, fonte de
alimentao, resistncia de dcada, 2 jogos de resistncias
de 10 k, 1 k, 220 , 10 . Resistores de 1 k e 47 para proteo,
resistncias
desconhecidas (de 1 k e 220 ) a serem medidas.
Procedimento
Parte I Sensibilidade da ponte de Wheatstone 1. Estude o
circuito proposto, equacione a situao de equilbrio e veja como o
valor da
resistncia desconhecida poder ser encontrado. Identifique
claramente no esquema e
nas equaes as resistncias conhecidas fixas, a de dcada (Rd) e a
desconhecida (Rx).
2. Planeje o experimento, a montagem, o registro dos dados e o
tratamento destes,
procurando a melhor determinao possvel para a resistncia
desconhecida. Discutaas possveis fontes de erro e o tratamento
previsto; prepare-se para aplicar o planejado
na prtica. Considere que as resistncias de dcada apresentam
desvios de 1%.
3. Monte o circuito da Figura 1. Utilize valores nominais de Rp
= 1 k, Rsh = 47 , Rx =
1 k. Mea Rx com o ohmmetro (e calcule o desvio como explicado na
Seo 5.3.5
da introduo da Apostila).
4. Ajuste a tenso E da fonte para que ao variar a resistncia de
dcada Rd, a corrente IG
no galvanmetro permanea dentro dos limites do instrumento. Em
seguida, retire a
resistncia de proteo Rsh para fazer as medidas. Muito cuidado
para noultrapassar esses limites e danificar o galvanmetro, que um
instrumento
extremamente sensvel.
5. Utilizando R1 = R2 = 10 , varie a resistncia de dcada Rd e
faa medidas dacorrente no galvanmetro IG (~15 pontos). Monte uma
tabela de Rd e IG.
6. Repita o tem 6 para R1 = R2 = 1 k.
7. Repita o tem 6 para R1 = R2 = 10 k.
Dica: Para os tens 6-8, colete pontos para Rd variando entre 10
e 10 k.
8. Observe que a sensibilidade da ponte, i.e. a qualidade da
definio do equilbrio,
depende dos valores dos resistores conhecidos (R1, R2, Rx). Ou
seja, verifique paraquais valores de R1 e R2 (comparados ao valor
de Rx), h maior variao da corrente
IG, quando a ponte se afasta do equilbrio (ie, quando Rd se
afasta do valor de Rx porque estas duas afirmaes so
equivalentes?).
9. Num mesmo grfico, esboce as 3 curvas de IG versus Rd
correspondentes s medidas
dos itens 6-8.10. Discuta os grficos em termos de sensibilidade
da ponte nas medidas.
Parte II Medida de uma resistncia desconhecida
11. Monte de novo o circuito utilizando valor nominal de Rx de
220 . Mea Rx com o
ohmmetro.
12. Segundo os itens 8 e 10, quais valores de R1 e R2 voc deve
utilizar neste circuito
para obter maior sensibilidade da ponte para medir R2?
Utilizando estes valoresnominais para R1 e R2, equilibre a ponte
variando a resistncia de dcadas. Anote o
valor correspondente de Rd. Mea R1 e R2 com o ohmmetro.
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13. Utilize agora os valores de R1 e R2 medidos com o ohmmetro,
mais o valor de Rdencontrado no equilbrio, para estimar o valor de
Rx (com o respectivo desvio) via
ponte de Wheatstone. Compare este valor com o valor de Rx medido
com o
ohmmetro.
BibliografiaHalliday D.; Resnick R.; Merrill J.;Fundamentos de
Fsica, vol. 3 Eletromagnetismo,
1995, LTC Editora, RJ. Cap. 29, 29-6, problema 63P.Brophy J. J.
Eletrnica Bsica, 3a Ed., Guanabara Dois, 1978. Pp 16-19.
Biblioteca IFGW # 621.381.B873e.
