Laboratório de Divisor de Tensão: Projeto, Medição e Verificação da Lei de Tensão de Kirchhoff

PEÇAS E MATERIAIS

• Calculadora (ou lápis e papel para aritmética)
• Bateria 6 volts
• Resistores variando de 1 kΩ a 100 kΩ

Para leituras precisas, confinamos valores de resistores à banda 1 kΩ–100 kΩ. Resistências extremamente baixas podem causar resistência interna do amperímetro a distorcer medições de corrente, enquanto resistências muito altas podem carregar o voltímetro e alterar resistência efetiva do circuito.

REFERÊNCIAS CRUZADAS

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, capítulo 6: "Divider Circuits and Kirchhoff's Laws."

OBJETIVOS DE APRENDIZADO

• Usar voltímetro, amperímetro e ohmímetro
• Aplicar Lei de Ohm
• Aplicar Lei de Tensão de Kirchhoff (KVL)
• Projetar divisor de tensão

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRAÇÃO

INSTRUÇÕES

Este exercício demonstra três métodos de construção comuns: protoboard, barra de terminais e free-form. Construir mesmo circuito com cada técnica ajudará você a apreciar suas respectivas vantagens e limitações. Abordagem free-form, que usa fios jumper estilo jacaré, é adequada para demonstração simples; protoboards fornecem versatilidade e alta densidade de componentes mas são temporários; barras de terminais oferecem montagem mais permanente à custa de espaço.

Selecione três resistores do seu sortimento e verifique cada valor com ohmímetro. Registre as medições. Conecte resistores em série e anexe-os à bateria 6 volts como mostrado. Meça tensão da bateria com voltímetro enquanto circuito está energizado, e anote esta leitura. Embora carga seja leve, medir sob carga produz dados que refletem condições reais de operação.

Use Lei de Ohm (I = E/R) para calcular corrente esperada do circuito. Verifique este valor medindo corrente com amperímetro (veja exemplo de barra de terminais abaixo).

Com valores de resistores entre 1 kΩ e 100 kΩ e fonte 6 volts, corrente estará na faixa de milliampere ou microampere. Medidores digitais tipicamente indicam escala (m ou μ) no display; certifique-se de lê-la corretamente.

Em seguida, use corrente calculada para prever queda de tensão across cada resistor (V = I R). Mude seu multímetro para modo tensão e meça cada queda. Valores medidos devem corresponder às previsões de perto, confirmando princípio do divisor de tensão: queda de cada resistor é fração fixa da tensão total, determinada por sua resistência relativa ao total série.

A seção seguinte valida Lei de Tensão de Kirchhoff (KVL). Atribua número único a cada nó distinto no circuito; nós diretamente conectados compartilham mesmo número. Por exemplo, use números 0–3 como ilustrado abaixo. Anexe pequenas etiquetas ou fita para indicar números dos nós no circuito real.

Usando voltímetro digital, meça diferença de tensão ao redor de loop fechado (ex.: 0 → 1 → 2 → 3 → 0). Registre cada leitura com seu sinal como exibido — não inverta conexões das sondas para forçar resultado "positivo". Some as tensões algebricamente; total deve ser zero, demonstrando KVL. Você pode escolher qualquer loop que comece e termine no mesmo nó; todos tais loops satisfarão a lei.

Abaixo estão passos ilustrativos ao redor do loop 0-1-2-3-0:

Medições típicas produzem três valores positivos e um negativo; somando algebricamente devem produzir zero.

Sinta-se livre para experimentar loops diferentes, como 1 → 2 → 3 → 1, e verificar que soma algébrica permanece zero. Esta propriedade vale independentemente da topologia do circuito.

Lei de Tensão de Kirchhoff é ferramenta analítica poderosa que permite prever magnitudes e polaridades de tensão em qualquer rede garantindo que soma algébrica ao redor de qualquer caminho fechado seja zero.

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Netlist (crie arquivo de texto contendo o seguinte verbatim):

 Voltage divider v1 3 0 r1 3 2 5k r2 2 1 3k r3 1 0 2k .dc v1 6 6 1 * Voltages around 0-1-2-3-0 loop algebraically add to zero .print dc v(1,0) v(2,1) v(3,2) v(0,3) * Voltages around 1-2-3-1 loop algebraically add to zero .print dc v(2,1) v(3,2) v(1,3) .end 

Simulação usa nós 0–3, com valores de resistores escolhidos para fornecer 50%, 30% e 20% da tensão total across R1, R2 e R3, respectivamente. Você pode alterar tensão de fonte ou valores de resistores como desejado. Rodar simulação produzirá valores de tensão; somando cada linha confirma a lei.

PLANILHAS RELACIONADAS:

Voltage Divider Circuits Worksheet