O aparelho comporta duas bobinas, uma fixa e outra móvel.
Bobina fixa:
É um selenóide pouco resistente (filamento grosso) que possui uma centena de espiras. Esta bobina é percorrida pela intensidade I que atravessa o dípolo estudado. Os shunts permitem obter diferentes valores.
A indução B criada no seu centro é proporcional à I; B = k.I
Bobina móvel ou bobina de tensão:
Esta bobina possui um grande número de espiras de filamento fino cuja resistência é significativa. Esta bobine fica móvel sobre dois pivots, em torno de um eixo normal à direcção de B. A bobina é fixada numa mola (mola em espiral) que cria um movimento de torção, servindo de chegada de corrente a esta bobina. É colocada em série com esta bobina uma grande resistência, sendo o conjunto alimentado pela tensão U aplicada nos terminais do dípolo estudado.
Se R é a resistência total, a bobina é percorrida por uma corrente i = U/R.
Esta bobina tem um momento magnético M (normal ao plano das espiras) proporcional a i e a U.
M = k'.U
A bobina móvel faz com que uma agulha se desloque segundo uma escala graduada.
Na ausência de corrente, a mola em espiral é regulada de forma a que a bobina móvel esteja alinhada segundo a direcção de B.
Funcionamento:
Quando as duas bobinas são alimentadas,
a bobina móvel é submetida à tensão Γ = M
^ B (orientada segundo a direcção dos pivots), girando esta em torno do seu eixo, num ângulo θ até que a
tensão oposta da mola esteja em equilíbrio com a do motor.
Fazendo a projecção sobre a direcção dos pivots, concluimos que M.B.cos θ =
C θ, ou seja: U.I.cos (θ) =
A.θ
A graduação
não é linear para valores pequenos do produto U.I.
Alternativamente, a tensão é proporcional a Um.sen(ω t).I.sen(ωt
- ψ) e a potência efectiva P = U.I.cos (ψ).
Ligação de um wattimetro:
Este aparelho comporta um mínimo de três terminais. Um terminal
pode ser comum ao circuito de tensão e de corrente. São possíveis duas montagens.
Na primeira, é medida a tensão entre os terminais
do dípolo e da bobina de corrente. À indicação do wattímetro, é necessário
retirar a potência consumida pela bobina de corrente.
Na segunda é medida apenas a tensão nos terminais do dípolo.
A corrente I inclui a corrente no dípolo e da bobina de tensão. É preciso que a resistência do circuito seja grande.
A aplicação:
A aplicação
mostra uma vista de cima de um wattímetro. A parte cental da bobina de corrente
não foi considerada de forma a facilitar a visão da bobina de tensão.
As conexões não são aqui representadas. O vector a vermelho corresponde à indução
criada pelo circuito de corrente. O vector amarelo corresponde ao momento magnético da bobina das tensões.
Valores numéricos: A tensão aplicada é constante e igual a 100 V. A corrente pode ser alterada para valores entre 0 e 1 A, fazendo deslizar,
com o auxílio do rato, o cursor verde.
A constante A é igual a 54 (W/Rd).
A graduação da escala está em graus.
Para valores pequenos de potência, ela coincide com a graduação em watts.
Na aplicação, a resolução da equação U.I.cos (θ) =
A.θ
é obtida através de um método de pesquisa numérica do zero de uma função.
Simulation Numérique de Jean-Jacques ROUSSEAU
Faculté des Sciences exactes et naturelles
Université du Maine - Le Mans
Traduzido e adaptado para a Casa das Ciências por Manuel Silva Pinto e Alexandra Coelho em Outubro de 2010
