PRATICA Indução Mútua entre duas bobinas

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INDUÇÃO MÚTUA ENTRE DUAS 
BOBINAS
Apresentação
1. OBJETIVO
O experimento apresenta um equipamento elétrico conhecido como transformador que funciona 
utilizando o princípio da indução mútua. Serão utilizados um núcleo ferromagnético e um conjunto 
de bobinas a ele associado, possibilitando uma conversão do valor de tensão nos terminais destas 
bobinas quando, uma delas (designada como primária), é alimentada por corrente alternada.
 
Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:
descrever o funcionamento de um transformador de tensão;•
utilizar as equações matemáticas que relacionam as tensões, número de espiras, potência e 
corrente num transformador;
•
avaliar a influência de características físicas como o número de espiras no primário e 
secundário de um transformador no funcionamento do mesmo;
•
analisar as características que distinguem um transformador ideal do comportamento que de 
fato observamos;
•
identificar a aplicabilidade de indutores elétricos em circuitos.•
 
2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
Os transformadores são de fundamental importância no uso da energia elétrica cotidiana. Seja para 
converter a tensão gerada nas hidrelétricas para um valor adequado ao uso dos aparelhos 
domésticos, seja para conversões de tensões nominais de 220V para 110V (ou vice versa), em 
ajuste de tensão nos carregadores de celulares, tablets, notebooks, ou até mesmo para a eliminação 
de ruídos no interior de circuitos de aparelhos eletrônicos.
 
3. O EXPERIMENTO
Neste experimento duas bobinas são conectadas em uma armadura ferromagnética, uma em cada 
extremidade, e ao alimentar uma das bobinas (a qual damos o nome de primária) com corrente 
alternada, a variação no fluxo magnético no interior da mesma é transmitida pela armadura, 
produzindo corrente também na bobina secundária. A essas correntes, temos uma tensão associada 
segundo a lei de Ohm. Os valores de tensão nos terminais das bobinas podem diferir, e por isso 
damos o nome de transformador a esse dispositivo.
 
4. SEGURANÇA
O experimento foi pensado para não trazer riscos físicos, então você irá utilizar objetos pouco 
nocivos e leves, mas mesmo com essas precauções pensadas e definidas, o uso de equipamentos 
de proteção individual é de extrema importância para a segurança durante a realização de 
experimentos.
 
5. CENÁRIO
Na bancada do laboratório é disponibilizado um kit didático onde duas são conectadas em uma 
armadura ferromagnética para que seja acompanhado o fenômeno de indução mútua entre duas 
bobinas. Uma carga pode ser conectada no secundário do transformador e um multímetro está 
disponível para que sejam realizadas medidas de tensão e corrente em diferentes pontos do 
sistema.
Bons estudos.
Sumário teórico
Acesse o sumário:
 
 
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CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 
E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br 
 
LABORATÓRIO DE FÍSICA 
INDUÇÃO MÚTUA ENTRE DUAS BOBINAS 
 
INDUÇÃO MÚTUA ENTRE DUAS 
BOBINAS 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Uma valiosa aplicação das Leis de Faraday e Lenz são os transformadores de 
tensão. Como o próprio nome já sugere, esses dispositivos são utilizados com a 
finalidade de aumentar ou reduzir a tensão elétrica alternada. Numa linguagem mais 
popular, podemos afirmar que um transformador possibilita, por exemplo, a conversão 
de uma tensão nominal de 110V para 220V e vice-versa. A montagem básica de um 
transformador se dá através de um núcleo ferromagnético com formato de “U” que é 
envolto, em cada lado, bobinas com número de espiras diferentes. O fato desse núcleo 
ser ferromagnético não é em vão, haja vista que, em meios ferromagnéticos a 
permeabilidade magnética do meio é acentuada, fazendo com que a intensidade do 
fluxo do campo magnético induzido nas espiras também se acentue. 
De maneira prática, podemos afirmar que a bobina primária (que estará ligada à 
fonte de tensão alternada que desejamos converter), uma vez conectada, produzirá um 
campo magnético cujo fluxo, variável, induzirá na outra bobina, dita secundária, uma 
força eletromotriz induzida. O fator de aumento ou redução da tensão se dará em 
virtude da relação entre o número de espiras dessas bobinas. 
 
Figura 1 - Transformador de tensão alternada. 
 
 
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LABORATÓRIO DE FÍSICA 
INDUÇÃO MÚTUA ENTRE DUAS BOBINAS 
2. EQUAÇÃO DO TRANSFORMADOR 
 
Num transformador, partimos da premissa de que a variação do fluxo nas linhas 
de indução no primário, numa situação ideal, é igual à do secundário, logo: 
∆𝚽𝑷 = ∆𝚽𝑺 
Por outro lado, aplicando a Lei de Faraday, teremos: 
𝑼𝑷 = 𝑵𝑷
∆𝚽𝑷
∆𝒕
 e 𝑼𝑺 = 𝑵𝑺
∆𝚽𝑺
∆𝒕
 
Onde 𝑼𝑷 é a tensão sobre o primário, 𝑵𝑷 é o número de espiras do primário, 
∆𝚽𝑷 é a variação do fluxo do campo magnético no primário, 𝑼𝑺 é a tensão induzida no 
secundário, 𝑵𝑺 é o número de espiras do secundário, ∆𝚽𝑺 é a variação do fluxo do 
campo magnético no secundário e ∆𝒕 é o intervalo de tempo. Desta forma, podemos 
concluir a seguinte relação: 
𝑼𝑷
𝑼𝑺
=
𝑵𝑷
𝑵𝑺
 
 
3. POTÊNCIA E RENDIMENTO DO TRANSFORMADOR 
 
Para um transformador ideal, podemos inferir que a potência elétrica consumida 
no primário é igual à do secundário, desse modo: 
𝑷𝑷 = 𝑷𝑺 
𝑼𝑷. 𝑰𝑷 = 𝑼𝑺. 𝑰𝑺 
Onde: 
𝐼𝑃 é a corrente no primário; 
𝐼𝑆 é a corrente no secundário. 
 
 
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INDUÇÃO MÚTUA ENTRE DUAS BOBINAS 
Caso o transformador não seja ideal, as potências do primário e do secundário 
não serão iguais. Em relação ao rendimento, o definiremos com sendo a ração entre as 
potências do secundário e do primário, logo: 
𝜼 =
𝑷𝑺
𝑷𝑷
 
 
 
Roteiro
Acesse o roteiro:
 
 
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INSTRUÇÕES GERAIS 
 
 
1. Nesta prática, você vai conectar e analisar o comportamento de um 
transformador, equipamento que funciona utilizando o princípio da indução 
mútua. 
 
2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da 
experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do 
VirtuaLab. 
 
3. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial 
VirtuaLab” presente neste Roteiro. 
 
4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as 
instruções para realização desta prática na subseção “Procedimentos”. 
 
5. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação 
de Resultados”. 
 
 
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RECOMENDAÇÕES DE ACESSO 
 
PARA ACESSAR O VIRTUALAB 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Caso utilize o Windows 10, dê preferência ao navegador Google Chrome; 
2. Caso utilize o Windows 7, dê preferência ao navegador Mozilla Firefox; 
3. Feche outros programas que podem sobrecarregar o seu computador; 
4. Verifique se o seu navegador está atualizado; 
5. Realize teste de velocidade da internet. 
 
Na página a seguir, apresentamos as duas principais dúvidas na utilização dos 
Laboratórios Virtuais. Caso elas não se apliquem ao seu problema, consulte a nossa seção 
de “Perguntas Frequentes”, disponível em: https://algetec.movidesk.com/kb/pt-br/ 
Neste mesmo link, você poderá usar o chat ou abrir um chamado para o contato com 
nossa central de suporte. Se preferir, utilize os QR CODEs para um contato direto por 
Whatsapp (8h às 18h)ou para direcionamento para a central de suporte. Conte conosco! 
ATENÇÃO: 
O LABORATÓRIO VIRTUAL DEVE SER ACESSADO POR COMPUTADOR. ELE NÃO DEVE SER 
ACESSADO POR CELULAR OU TABLET. 
O REQUISITO MÍNIMO PARA O SEU COMPUTADOR É UMA MEMÓRIA RAM DE 4 GB. 
SEU PRIMEIRO ACESSO SERÁ UM POUCO MAIS LENTO, POIS ALGUNS PLUGINS SÃO 
BUSCADOS NO SEU NAVEGADOR. A PARTIR DO SEGUNDO ACESSO, A VELOCIDADE DE 
ABERTURA DOS EXPERIMENTOS SERÁ MAIS RÁPIDA. 
 
 
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PERGUNTAS FREQUENTES 
 
 
1) O laboratório virtual está lento, o que devo fazer? 
 
a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> 
“Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a 
opção e reinicie o navegador. 
 
b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de 
trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações 
gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de 
máximo desempenho. 
Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de 
vídeo instalado na máquina. 
 
c) Feche outros aplicativos e abas que podem sobrecarregar o seu computador. 
 
d) Verifique o uso do disco no Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) -> 
“Detalhes”. Se estiver em 100%, feche outros aplicativos ou reinicie o 
computador. 
 
 
 
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2) O laboratório apresentou tela preta, como proceder? 
 
a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> 
“Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a 
opção e reinicie o navegador. Caso persista, desative a opção e tente 
novamente. 
 
b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de 
trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações 
gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de 
máximo desempenho. 
Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de 
vídeo instalado na máquina. 
 
c) Verifique se o navegador está atualizado. 
 
 
 
 
 
 
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DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO 
 
 
MATERIAIS NECESSÁRIOS 
 
• Placa de ensaio; 
• Bobinas; 
• Lâmpada; 
• Multímetro; 
• Transformador. 
 
 
PROCEDIMENTOS 
 
1. CONECTANDO OS FIOS DO TRANSFORMADOR 
 
Conecte os fios do transformador na placa de ensaio e conecte o multímetro nos 
terminais 1 e 2 da placa de ensaio. Ligue o multímetro em 200 VAC. 
 
2. ACIONANDO O INTERRUPTOR S1 
 
Acione o interruptor S1 e observe o nível de tensão fornecida para a bobina 1. 
Desative o interruptor S1. 
 
3. TROCANDO A CONEXÃO DO MULTÍMETRO I 
 
Desconecte os cabos do multímetro e conecte-os nos terminais 3 e 4 da placa 
de ensaio. Acione o interruptor S1 e verifique o nível de tensão exibido no 
multímetro. 
 
 
 
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4. CONECTANDO A LÂMPADA 
 
Desative o interruptor S1 e desconecte os cabos do multímetro. Conecte a 
lâmpada na placa de ensaio. Conecte os cabos do multímetro em 1 e 2 e acione 
o interruptor S1. Verifique a tensão no primário do transformador. 
 
5. TROCANDO A CONEXÃO DO MULTÍMETRO II 
 
Desative o interruptor S1 e desconecte os cabos do multímetro. Conecte os 
cabos do multímetro em 3 e 4 e acione o interruptor S1. Verifique a tensão no 
secundário do transformador. 
 
6. AVALIANDO OS RESULTADOS 
 
Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo 
com o que foi observado no experimento. 
 
 
 
 
 
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AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS 
 
 
 
1. Existe diferença entre o valor exibido no multímetro com o interruptor S1 ligado 
e desligado? Em caso afirmativo, qual é essa diferença e explique o motivo dela 
existir. 
 
 
2. Qual a tensão exibida no secundário do transformador a vazio? O transformador 
montado com as bobinas 1 e 2 na placa de ensaio é do tipo elevador ou 
abaixador? Justifique. 
 
 
3. Dada a relação de espiras entre o primário e o secundário, qual deveria ser a 
tensão exibida no multímetro caso o transformador utilizado no ensaio fosse um 
transformador ideal? 
 
 
4. Qual a tensão exibida no secundário do transformador com a carga (lâmpada) 
conectada nele? Explique a diferença entre a tensão no secundário do 
transformador a vazio e com a carga. 
 
 
 
 
 
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INDUÇÃO MÚTUA ENTRE DUAS BOBINAS 
 
TUTORIAL VIRTUALAB 
 
 
1. CONECTANDO OS FIOS DO TRANSFORMADOR 
 
Conecte os fios do transformador, clicando com o botão direito do mouse sobre o 
transformador e selecionando a opção “Conectar fios”. 
 
 
Ligue os conectores do multímetro na placa de ensaio, clicando com o botão direito do 
mouse sobre os conectores do multímetro e selecionando a opção “Ligar fios em 1 e 2”. 
 
 
 
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Ligue o multímetro, clicando sobre ele com o botão esquerdo do mouse. 
 
 
 
 
 
 
 
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2. ACIONANDO O INTERRUPTOR S1 
 
Visualize o interruptor, acessando a câmera “Medições”. Em seguida, acione-o, clicando 
sobre o mesmo com o botão esquerdo do mouse. 
 
 
 
Observe o nível de tensão no display do multímetro, acessando a câmera “Multímetro”. 
 
 
 
 
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Visualize o interruptor, acessando a câmera “Medições”. Em seguida, desligue o 
interruptor, clicando sobre ele com o botão esquerdo do mouse. 
 
 
 
 
 
 
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3. TROCANDO A CONEXÃO DO MULTÍMETRO I 
 
Visualize a bancada, acessando a câmera “Visão geral”. Em seguida, troque a conexão 
do multímetro, clicando nos conectores com o botão direito do mouse e selecionando a 
opção “Ligar fios em 3 e 4”. 
 
 
 
Visualize o interruptor, acessando a câmera “Medições”. Em seguida, acione-o, clicando 
sobre ele com o botão esquerdo do mouse. 
 
 
 
 
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Observe o nível de tensão no display do multímetro, acessando a câmera“Multímetro”. 
 
 
 
 
 
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4. CONECTANDO A LÂMPADA 
 
Visualize o interruptor, acessando a câmera “Medições”. Em seguida, desligue o 
interruptor, clicando sobre ele com o botão esquerdo do mouse. 
 
 
 
Visualize a bancada, acessando a câmera “Visão geral”. Em seguida, desconecte o 
multímetro, clicando nos conectores com o botão direito do mouse e selecionando a 
opção “Desconectar fios”. 
 
 
 
 
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Conecte a lâmpada, clicando sobre com o botão direito do mouse sobre ela e 
selecionando a opção “Conectar fios”. 
 
 
 
Conecte o multímetro nos terminais 1 e 2, clicando sobre os conectores com o botão 
direito do mouse e selecionando a opção “Ligar fios em 1 e 2”. 
 
 
 
 
 
 
 
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Visualize o interruptor, acessando a câmera “Medições”. Em seguida, acione-o, clicando 
sobre com o botão esquerdo do mouse sobre ele. 
 
 
 
Observe o nível de tensão no display do multímetro, acessando a câmera “Multímetro”. 
 
 
 
 
 
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5. TROCANDO A CONEXÃO DO MULTÍMETRO II 
 
Visualize o interruptor, acessando a câmera “Medições”. Em seguida, desligue-o, 
clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele. 
 
 
 
Visualize a bancada, acessando a câmera “Visão geral”. Em seguida, troque a conexão 
do multímetro, clicando nos conectores com o botão direito do mouse e selecionando a 
opção “Ligar fios em 3 e 4”. 
 
 
 
 
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Visualize o interruptor, acessando a câmera “Medições”. Em seguida, acione-o, clicando 
com o botão esquerdo do mouse sobre ele. 
 
 
 
Observe o nível de tensão no display do multímetro, acessando a câmera “Multímetro”. 
 
 
 
 
 
 
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6. AVALIANDO OS RESULTADOS 
 
Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o 
que foi observado no experimento. 
 
 
 
 
Pré Teste
1) 
Um transformador é um dispositivo capaz de:
A) gerar tensão elétrica;
B) reduzir ou amplificar a tensão elétrica a partir da indução magnética;
C) linearizar a tensão elétrica a partir da indução magnética mútua entre bobinas.
2) 
Sobre um transformador afirma-se: 
I – A bobina primária está ligada à fonte de tensão que será convertida. 
II – A bobina secundária está ligada à fonte de tensão que será convertida. 
III – O núcleo ou armadura do transformador deve ser feito de um material preferencialmente 
diamagnético. 
Após a leitura das afirmativas acima, podemos concluir que: 
A) as proposições I e II são verdadeiras;
B) as proposições II e III são falsas;
C) todas as proposições são verdadeiras.
3) 
Para que uma tensão seja reduzida à metade, faz-se necessário que o número de espiras na 
bobina secundária seja: 
A) a metade do número de espiras da bobina primária;
B) o dobro do número de espiras da bobina primária;
C) mantida constante.
4) 
O núcleo ou armadura de um transformador deve ser constituído por um material: 
A) ferromagnético;
B) diamagnético.;
C) paramagnético.
5) 
Num transformador, a bobina primária está conectada a uma fonte de tensão U e possui uma 
quantidade de espiras N, tal que, é o triplo do número de espiras da bobina secundária. Sendo 
assim, podemos afirmar que: 
A) esse é um transformador de aumento de tensão.;
B) esse transformador é de redução de tensão;
C) a tensão induzida na bobina secundária será 3U.
Experimento
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Pós Teste
1) Sobre um transformador abaixador de tensão, pode se afirmar que:
A) a tensão induzida na bobina secundária será maior que a tensão que alimenta a bobina 
primária;
B) a tensão induzida na bobina secundária será menor que a tensão que alimenta a bobina 
primária;
C) o número de espiras nas bobinas primária e secundária é o mesmo.
2) Se um transformador, cuja bobina primária possui 600 espiras, for ligado a uma rede de 
tensão alternada igual a 200V, para que a tensão induzida seja de 50V, o número de espiras 
na sua bobina secundária deve ser:
A) 300;
B) 150;
C) 50.
3) Observa-se que a potência consumida na bobina primária de um transformador é de 300W. 
Sabendo que o rendimento desse transformador é de 80%, qual a potência consumida na 
bobina secundária?
A) 240W;
B) 80W;
C) 60W.
4) Sobre a corrente na bobina primária de um transformador redutor de tensão dito ideal, 
podemos afirmar que:
A) ela será menor do que a corrente na bobina secundária;
B) ela será igual a corrente da bobina secundária;
C) ela será maior que a corrente da bobina secundária.
5) Num transformador abaixador de tensão dito ideal, a corrente elétrica que circula pela 
bobina primária quando a mesma experimenta uma tensão de 120V é de 4A. Sabendo que a 
tensão induzida na espira secundária é de 30V, qual será a corrente elétrica que circulará na 
mesma?
A) 32 A;
B) 16 A;
C) 8 A.