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

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