Eletromagnetismo 4 . O GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física para o nível Médio

Eletromagnetismo 4 . O GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física para o...

(Parte 3 de 9)

- aquecimento dos enrolamentos (de acordo com a lei de Joule-Lenz);

- correntes induzidas no nœcleo de ferro do transformador, que criam um campo magnØtico contrÆrio àquele criado pela corrente no enrolamento primÆrio. Tais correntes induzidas sªo tambØm conhecidas por correntes de Foucault.

- processo de magnetizaçªo que ocorre no nœcleo de ferro do transformador (pelo fato da corrente, que cria o campo, magnØtico, ser alternada, hÆ um ciclo de magnetizaçªo do nœcleo, que acompanha as variaçıes da intensidade e de sentido da corrente). Por esse motivo, o nœcleo de ferro Ø laminado, separado com material isolante.

Balanço energØtico no transformador

O rendimento nos transformadores Ø em torno de 98%, o que significa que a potŒncia elØtrica no enrolamento primÆrio Ø praticamente igual à do enrolamento secundÆrio, ou seja, UP iP (enrolamento primÆrio) = US iS (enrolamento secundÆrio) ou

exercitando

1. Um transformador Ø constituído por dois enrolamentos de fios de cobre, um de 200 e outro de 1 200 espiras. Esses solenóides envolvem uma mesma barra de ferro.

a) Se a tensªo no enrolamento (primÆrio) de 200 espiras for de 12 volts, que tensªo obtemos no outro enrolamento (secundÆrio)? b) Qual a funçªo do nœcleo de ferro? c) É possível esse transformador funcionar se a tensªo de 12 volts for de uma bateria (corrente contínua)? Por quŒ?

2. Um transformador tem 200 espiras no primÆrio, recebendo uma tensªo de 110V. Quantas espiras deve ter no secundÆrio, para que a tensªo de saída seja 220V?

3. Qual a tensªo retirada da saída de um transformador, sabendo que a tensªo de entrada Ø de 220V e a razªo entre o nœmero de espiras do secundÆrio e o nœmero de espiras do primÆrio Ø 1/20? O transformador funcionou como elevador ou como rebaixador de tensªo?

4. Explique porque o nœcleo de ferro do transformador Ø laminado.

5. Um transformador estÆ sendo usado para baixar a tensªo de 120V para 9V. Sabendo-se que o nœmero de espiras do primÆrio Ø 240 voltas e que a potŒncia no circuito secundÆrio Ø 6W e considerando que a perda de energia Ø desprezível, responda:

a. qual o nœmero de espiras do secundÆrio; b. qual a corrente elØtrica no secundÆrio; c. qual a corrente elØtrica no primÆrio.

O transformador Ø um aparelho consumidor de energia elØtrica quando considerado do lado do enrolamento primÆrio e, tambØm, fonte ou gerador de energia elØtrica do lado do enrolamento secundÆrio.

Uma aplicaçªo da lei de Faraday. A induçªo eletromagnØtica nos transformadores.

Segundo a lei de Faraday, quando numa regiªo do espaço ocorre uma variaçªo do campo magnØtico, Ø induzido nessa regiªo um campo elØtrico.

Os aparelhos elØtricos sªo construídos para funcionarem com deternminadas tensıes. Quando a tensªo de funcionamento dos aparelhos nªo coincidir com a tensªo da fonte Ø necessÆrio intercalar entre os dois um transformador para adequar essas tensıes.

Saiba um pouco mais sobre o transformador

Quando o enrolamento primÆrio Ø ligado a um circuito de corrente alternada, esta corrente cria um campo magnØtico proporcional a ela própria e ao nœmero de voltas do enrolamento. Como a corrente Ø alternada, o campo magnØtico criado por ela Ø tambØm variÆvel com o tempo e, consequentemente, aparece um fluxo da variaçªo deste campo na regiªo onde se encontra o enrolamento secundÆrio.

Este fluxo de variaçªo do campo magnØtico do primÆrio, induz um campo elØtrico no enrolamento secundÆrio, de tal forma que, quanto maior for o fluxo dessa variaçªo, maior a intensidade do campo elØtrico induzido em cada espira. A tensªo que resulta nos terminais do enrolamento secundÆrio Ø proporacional ao campo elØtrico induzido e ao nœmero de voltas do enrolamento.

23 A corrente elØtrica vista por dentro

Como Ø imaginado um metal com e sem corrente elØtrica, vocŒ vai saber agora com a ajuda de um modelo físico.

Se nªo for só para apertar botªo, estÆ na hora de responder algumas questıes:

O que significa ligar um aparelho elØtrico? Por que existe corrente em um aparelho ligado? No que consiste a corrente elØtrica?

23A corrente elØtrica nos metais vista por dentro

As questıes indicadas na pÆgina anterior somente podem ser respondidas considerando-se o que acontece no interior do fio quando se estabelece nele uma corrente elØtrica. Assim, serÆ necessÆrio conhecer um modelo teórico que explica o que ocorre microscópicamente em um fio sem corrente elØtrica, e depois, com corrente elØtrica.

Antes, poderíamos perguntar: o que Ø um modelo ?

Um modelo Ø um conjunto de hipóteses que buscam explicar um fenômeno. É tambØm imaginaçªo e estØtica. Nesse caso, o modelo para a corrente elØtrica utiliza a teoria atômica da matØria. Hoje em dia, acreditamos que toda matØria seja constituída de corpœsculos extremamente minœsculos denominados TOMOS.

Os Ætomos sªo muito pequenos. Se um Ætomo fosse deste tamanho de um ponto, a bolinha da ponta de uma caneta

ponta de caneta deve conter

teria 10km de diâmetro. Para se ter uma ideía do tamanho desses tijolinhos que forma os materiais, uma bolinha de

1 0 0 0 0 0 0 0 de Ætomos.

A figura a seguir Ø uma representaçªo esquemÆtica do Ætomo. Note que eles sªo formados de partículas ainda menores: os prótons e os neutrons que formam o nœcleo e os elØtrons que giram em torno dele.

Em um Ætomo neutro, os nœmeros de prótons e elØtrons sªo iguais.

Como Ø imaginado o metal internamente?

Um fio de metal Ø um conjunto muito grande de Ætomos ligados uns aos outros mas que guardam uma certa distância entre si. Esta organizaçªo forma uma estrutura tridimensional bastante regular que pode mudar de um metal para outro e chamada de rede cristalina.

À temperatura ambiente tanto os elØtrons quanto os nœcleos atômicos estªo em movimento cuja origem Ø tØrmica. Enquanto os nœcleos vibram juntamente com os elØtrons presos a ele, os elØtons que se desprenderam realizam um tipo de movimento que Ø aleatório pelo interior da rede cristalina.

AlØm disso, no interior do metal, cada Ætomo perde um ou dois elØtrons que ficam vagando pelos espaços vazios no interior do metal (sendo por isso chamados de elØtrons livres, enquanto a maioria dos elØtrons estÆ presa nas vizinhanças dos nœcleos.

modelo, eu?

O que muda no metal quando hÆ corrente elØtrica?

Aparentemente nada, que possa ser visto a olho nœ! Mas.. e internamente?

Um aparelho elØtrico só entra em funcionamento se for ligado a uma fonte de energia elØtrica que pode ser uma usina, uma pilha ou bateria. Nessa situaçªo hÆ transformaçªo de energia elØtrica em outras formas de energia e o que possibilita tal transformaçªo Ø a existŒncia de corrente elØtrica.

Internamente, a energia da fonte Ø utilizada para acelerar os elØtrons livres no interior da rede cristalina, atravØs de uma força de natureza elØtrica. Essa força provoca um movimento adicional ao jÆ existente em cada elØtron livre do metal.

O resultado desse processo Ø uma superposiçªo de dois movimentos: o de origem tØrmica que jÆ existia e continua e o movimento adicional provocado pela fonte de energia elØtrica.

É esse movimento adicional que consiste o que se entende por corrente elØtrica.

A velocidade de cada elØtron livre associada a cada um desses dois movimentos tem valor completamente diferente: enquanto a velocidade devido ao movimento tØrmico Ø da ordem de 100.0 m/s, a velocidade devido ao movimento adicional Ø aproximadamente 1,0 m/s.

Qual o significado da intensidade da corrente elØtrica nesse modelo?

Vamos imaginar que quisØssemos medir uma "corrente" de carros em uma estrada. Uma corrente de 100 carros por minuto indicaria que a cada minuto 100 carros passam pela faixa. Se contarmos durante o tempo de 5 minutos a passagem de 600 carros e quisermos saber quantos passa, em mØdia,em um minuto faríamos:

corrente = 600 carros/ 5 minutos = 120 carros/minuto

Assim poderíamos escrever a fórmula da intensidade de corrente da seguinte maneira: corrente = no de carros/tempo

Para uma corrente de elØtrons num fio metÆlico, poderíamos escrever algo semelhante:

corrente elØtrica = no de elØtrons/tempo

(Parte 3 de 9)

Comentários