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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE TRABALHO DE FÍSICA B Indução eletromagnética e o transformador Curso: 142 - Licenciatura em Física Turma: N1 Turno: Noturno Data: 06/10/2000 Professor: Marcelo Andrade Macedo Equipe: ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ Introdução A lei da indução eletromagnética, implica a existência de uma f.em., quando o fluxo magnético através do circuito varia com o tempo. Objetivo 1. Determinar a dependência funcional entre a f.e.m. (tensão) induzida no secundário de um transformador e: • A tensão existente no primário • O número de espiras do primário • O número de espiras do secundário Material utilizado Fonte de tensão senoidal (em 60Hz) de 0 a 25V Bobinas diversas Núcleo de ferro em U com suporte e presilha Barra de ferro 2 voltímetros para corrente alternada Fios e conexões diversas Procedimento experimental 1ª Parte: Dependência funcional da tensão no secundário com a tensão no primário de um transformador. 1. Monte um circuito como o esquematizado na figura 1, usando 2 bobinas com números diferentes de espiras (adote como enrolamento primário a que tiver um número de espiras maior). 2. Ligue a fonte de tensão alternada e aplique uma certa tensão EP ao primário do transformador. Meça a tensão induzida no secundário ES. 3. Repita o procedimento do item 2 para outros 9 valores de EP escolhidos de forma a cobrir todo o intervalo de 0 a 20V. Lance seus dados na tabela 1. Não esqueça as incertezas. EP (V) Es (V) 2,0 ± 0,5 0,552 ± 0,001 4,0 ± 0,5 1,062 ± 0,001 6,0 ± 0,5 1,577 ± 0,001 8,0 ± 0,5 2,045 ± 0,001 10,0 ± 0,5 2,511 ± 0,001 12,0 ± 0,5 3,050 ± 0,001 14,0 ± 0,5 3,516 ± 0,001 16,0 ± 0,5 4,040 ± 0,001 18,0 ± 0,5 4,530 ± 0,001 20,0 ± 0,5 5,000 ± 0,001 Tabela 1 2ª Parte: Dependência funcional da tensão no secundário com o número de espiras do primário e do secundário de um transformador. 1. Utilizando agora a bobina variável tanto no primário (nP) quanto no secundário (nS), monte um circuito como o esquematizado na figura 1. 2. Nós vamos, primeiramente medir as tensões induzidas no secundário (ES) em função do número de espiras dele próprio (nS). Portanto, a tensão aplicada ao primário (EP) e o número de espiras do primário (nP) devem permanecer constantes. 3. Varie o número de espiras no secundário, medindo ES para cada arranjo. Execute 10 destas medidas, lançando os dados na tabela 2. Não esqueça as incertezas. ES (V) nS (espiras) 0,993 ± 0,001 14 1,852 ± 0,001 28 2,780 ± 0,001 42 3,692 ± 0,001 56 4,670 ± 0,001 70 5,600 ± 0,001 84 6,450 ± 0,001 98 7,480 ± 0,001 112 8,400 ± 0,001 126 9,360 ± 0,001 140 Tabela 2 4. Agora vamos medir ES como função do número de espiras do primário (nP). Portanto EP e nS devem ser constantes. Monte o transformador no circuito de forma que nS = 150. Escolha um valor baixo para EP (cerca de 2V serão suficientes), de forma a evitar que a tensão induzida no secundário seja maior que 20V. 5. Varie o número de espiras do primário (de 14 a 140), medindo ES para cada situação. Repita este procedimento 10 vezes, lançando seus dados na tabela 3. ES (V) nP (espiras) 16,530 ± 0,001 14 8,580 ± 0,001 28 5,530 ± 0,001 42 4,240 ± 0,001 56 3,380 ± 0,001 70 2,830 ± 0,001 84 2,390 ± 0,001 98 2,080 ± 0,001 112 1,850 ± 0,001 126 1,670 ± 0,001 140 Tabela 3 Resultados e Discussão 1ª Parte: ES x EP 1. Qual a dependência funcional esperada entre ES e EP ? • A relação é que a tensão induzida no secundário é diretamente proporcional a tensão no primário e a razão entre o número de espiras do secundário e o número de espiras do primário, ou seja, P P S S En n E = 2. Construa o gráfico de ES vs. EP e determine a relação entre ES e EP. Não esqueça de representar as incertezas no gráfico e determinar graficamente o coeficiente angular e sua incerteza. Tensão de entrada x tensão de saída de um transformador 0 1 2 3 4 5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Ep (V) E s (V ) Escolhe-se dois pontos sobre a reta média e calcula-se o coeficiente angular pela fórmula: 01 01 xx yy − − , no caso escolhemos os pontos ( ) ( ) ( ) ( )9,3;16,1;4, 1100 == yxeyx O coeficiente angular é: 0,242 A incerteza é calculada sobre as retas 1 e 2 (pontilhadas) pelo mesmo processo anterior, ou seja, calculando dois coeficientes angulares e a seguir utiliza-se a fórmula: 2 21 aa a − =σ , no nosso caso a incerteza é 0,004. 3. Discuta a precisão do resultado obtido em relação ao valor esperado. 2ª Parte: ES x nS e ES x nP 1. Qual a dependência esperada entre ES e nS ? E com nP ? Explique como seria possível determinar graficamente estas dependências. • Quando mantemos constante o número de espiras no primário e aumentamos o número de espiras no secundário, a tensão no secundário aumenta proporcionalmente • Quando mantemos constante o número de espiras no secundário e aumentamos o número de espiras no primário, a tensão do secundário diminui proporcionalmente. 2. A partir da discussão do item anterior, construa os gráficos relacionando os parâmetros medidos, e determine graficamente o coeficiente linear das retas. Tensão no secundário vs. Número de espiras no secundário 0 50 100 150 0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 Es (V) ns Tensão no secundário vs. Número de espiras no primário 0 50 100 150 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 Es (V) np 3. Discuta novamente a exatidão dos resultados, levando em conta o valor esperado. Conclusão Concluímos na experiência que ajustando a tensão na entrada de um transformador estaremos também variando a tensão na saída e que a depender do número de espiras isso também pode ocorrer. Bibliografia Alonso Finn, Física Caderno de experiências, laboratório de física II UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE TRABALHO DE FÍSICA B Indução eletromagnética e o transformador Curso: Turma: Marcelo Andrade Macedo
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