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Transformadores
Laboratório de Fundamentos de Eletromagnetismo
Licenciatura em Física – Z4
Professora responsável: Sônia Maria Rodrigues
Aline Barros de Oliveira –066208-9
Camila Malavazi – 0766313
Érika da Cunha Rodrigues – 0766232
Data da realização do experimento: 04/05/2009
Data da entrega do relatório: 11/05/2009
Introdução
Quando a tensão de funcionamento dos aparelhos não coincidir com a
tensão da fonte é necessário intercala entre os dois um transformador para
adequar essas tensões.
Também entre a usina hidroelétrica e a nossa residência existem muitos
transformadores, uma vez que a tensão de saída dos geradores é da ordem de
10000V, nos fios de alta tensão é de 700000V e a de consumo domestico
encontra-se na faixa de 110/190V ou 127/220V.
A transmissão da energia elétrica das usinas até os pontos de consumo
é efetuada através de fios condutores e por isso parte dela é dissipada na
forma de calor. De acordo com a lei de Joule-Lenz (), essa perda é
proporcional ao quadrado da corrente. Dessa forma para reduzir essa perda é
necessário diminuir a intensidade da corrente. Como a potência é
proporcional a tensão e a corrente (), pode-se obter a mesma
quantidade de energia transmitida na unidade de tempo através de uma
corrente menor, se aumentarmos a tensão.
È o transformador que realiza tais transformações, ele está presente
nas duas subestações, ora para elevar, ora para baixar a tensão. Podendo
estar presente também em alguns postes onde a tensão é novamente rebaixada
ou elevada parra ser colocada em condições de uso.
A indução mútua, e uma força eletromotriz (fem-) induzida em um
circuito por uma corrente variável em outro, é um processo que evita o uso
de uma fonte interna de potência que exigira manutenção.
O transformador é um dispositivo que utiliza a indução mútua para
mudar a voltagem de um circuito para outro. Um tipo simples de
transformador consiste em duas bobinas enroladas em torno de um núcleo ou
anel de ferro.
O campo magnético produzido pelas correntes nas bobinas se encontra
principalmente no ferro. Uma das bobinas do transformador é a bobina
primária, tem voltas. A outra é a bobina secundária, com
voltas. Pode-se considerar a bobina primária como de entrada, e a bobina
secundária como de saída.
O núcleo de ferro faz com que o fluxo seja o mesmo para cada
volta das bobinas primária e secundária, e a fem (lei de Faraday)
será induzida em cada volta se o fluxo variar. Fem induzida ou
voltagem na bobina secundária é:
A fem induzida, ou voltagem na bobina primária é:
Temos a razão das voltagens:
Transformador aumentador: a voltagem secundária é maior do que a
primária.
Transformador diminuidor: a secundária tem menos voltas do que a
primária, e a voltagem secundária é menor que a voltagem primária.
Um transformador depende das propriedades dos elementos nos dois
circuitos. Aplicando uma fem numa bobina primária que varia senoidalmente e
a resistência do circuito primário é desprezível, e o circuito secundário
tem uma grande resistência. Com essa condições o transformador transfere
energia do circuito primário para o secundário. A potência do primário e do
secundário para um caso ideal (transformador ideal, não há nenhuma perda),
igualando as potências, pela conservação de energia, temos:
Em um transformador o comportamento da razão das voltagens, e da razão
das correntes comporta de maneira inversa. Se a voltagem secundária é
maior que a voltagem primária, mas a corrente secundária é menor do que a
corrente primária.
Nos transformadores da subestação elevadora de tensão, o enrolamento
primário tem menor número de voltas de fio que o enrolamento secundário,
podendo em muitos casos, este enrolamento ser constituído de fios mais
finos. Já os transformadores rebaixadores de tensão tem maior número de
voltas de fio no enrolamento primário que no secundário. Em geral esse tipo
de transformador os fios utilizados no enrolamento secundário são mais
grossos.
Na rede de distribuição é utilizado um tipo de transformador que
contém três enrolamentos primários e três enrolamentos secundários
(trifásico). O princípio de funcionamento é o mesmo do monofásico.
O transformador trifásico é utilizado na rede de distribuição de
energia elertica, uma vez que o gerador de usina também é constituído de
três enrolamentos de saída, cada um correspondendo a uma fase e um neutro.
Questões
1) Um transformador é alimentado no circuito primário com tensão de 110V e
corrente de 6A. O primário possui 300 espiras; o secundário 300 espiras.
a - Qual é a tensão obtida no secundário?
b - Qual é a intensidade da corrente no secundário?
c - Se o secundário fosse ligado a uma fonte de tensão de 180V, que tensão
teríamos no primário?
Resposta:
a -
b -
c- A tensão no circuito primário desse transformador é sempre a metade da
tensão no secundário. Por isso teríamos
2) Um transformador é constituído por dois solenóides, um de 200 e outro de
1200 espiras. Esses solenóides envolvem uma mesma barra de ferro.
a - Qual a função do núcleo de ferro?
b - É possível esse transformador funcionar se a tensão de 12 volts for de
uma bateria (corrente contínua)? Por quê?
Resposta:
a - A corrente elétrica no enrolamento primário induz um campo magnético
que se estabelece em toda a extensão do núcleo de ferro e é por ele
intensificado (pela orientação dos momentos magnéticos dos átomos de
ferro). A corrente induzida no enrolamento secundário, que igualmente
circunda o núcleo de ferro, se deve a variação da corrente no enrolamento
primário. Dessa forma o núcleo de ferro além de intensificar, garante a
variação do fluxo do campo magnético no interior do enrolamento secundário.
b - Como acorrente induzida no enrolamento secundário se deve a variação da
corrente no enrolamento primário, não é possível esse transformador
funcionar se a tensão de entrada for gerada por uma bateria ou outra fonte
de corrente contínua.
Conclusão
Verificamos que o comportamento da razão das voltagens, e da razão das
correntes comporta de maneira inversa em um transformador. E o
transformador é um aparelho consumidor de energia elétrica quando
considerado ao lado do enrolamento primário, e também fonte ou gerador de
energia elétrica do lado do enrolamento secundário. Sem o uso de
transformadores, a transmissão e a distribuição de energia em grande
quantidade não seria, viável.
Bibliografia e Sitiografia:
Nussenzveig, H.M. Física 3 - Eletromagnetismo. São Paulo: Edgard Büchler,
1997.
GREF. Física 3 Eletromagnetismo. São Paulo, Edusp, 2005.
Halliday, D. e Resnick, R. Física 3. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e
Científicos, 1994.
http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/13_42.asp
