Relatório Transformador

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Funcionamento de um Transformador
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Turma: Sábado 08:30/10:30
Introdução
No experimento a seguir, vamos observar o funcionamento de um transformador, que tem como objetivo aumentar e diminuir a diferença de potencial, voltagem. Iremos falar também da tensão média induzida e consequentemente a corrente elétrica induzida e a variação de fluxo magnético no circuito, a força eletromotriz. 
Objetivo
Verificar e analizar o funcionamento de um transformador.
Teoria 
Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, transformando tensões, correntes e ou de modificar os valores das impedâncias elétricas de um circuito elétrico. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz. O transformador que atualmente consiste de duas ou mais bobinas ou enrolamentos e um "caminho", ou circuito magnético, que "acopla" essas bobinas. Há uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas todos operam sobre o mesmo princípio de indução eletromagnética.
O princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, aparece nele uma corrente elétrica cuja intensidade é proporcional às variações do fluxo magnético. Os transformadores, na sua forma mais simples, consistem de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Uma corrente alternada aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento (número de voltas do fio em torno do braço metálico). Através do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas. Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundário surge uma corrente elétrica, que varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos dois enrolamentos.
A relação entre as voltagens no primário e no secundário, bem como entre as correntes nesses enrolamentos, pode ser facilmente obtida: se o primário tem Np espiras e o secundário Ns, a voltagem no primário (Vp) está relacionada à voltagem no secundário (Vs) por Vp/Vs = Np/Ns, e as correntes por Ip/Is = Ns/Np.
 
Em uma dessas bobinas é aplicada a tensão que se deseja transformar, ou seja, aumentar ou diminuir. Essa bobina é chamada de bobina primária ou enrolamento primário. Depois de transformada, a tensão é estabelecida nos terminais da outra bobina, que é denominada bobina secundária ou enrolamento secundário.
Alguns transformadores tem mais espiras no primário que no secundário. Desta forma eles diminuem a tensão, sendo chamados de redutores.
Sejam N1 e N2, respectivamente, o número de espiras do primário e do secundário e, suponha que seja induzida uma mesma tensão variável U=ε=ΔΦ/Δt  no primário e no secundário (o fluxo magnético que atravessa os dois é o mesmo)  ---  como existem N1espiras no primário, a tensão nele induzida será U1=N1.U (I)  ---  como existem N2 espiras no secundário, a tensão nele induzida será U2=N2.U (II)  --- dividindo membro a membro I por II  ---  U1/U2=N1/N2  ---  “as tensões (voltagens) U1 e U2 são diretamente  proporcionais ao número de espiras N1 e N2”
Não havendo perdas de energia a energia elétrica e consequentemente a potência elétrica fornecida ao primário, no mesmo intervalo de tempo são as mesmas que no secundário,  no primário  temos  P1=U1.i1  e  no secundário  P2=U2.i2  então  P1=P2
U1.i1=U2.i2 temos  U1/U2=i2/i1,  “ as tensões (voltagens) U1 e U2 são inversamente proporcionais às intensidades de correntes i1 e  i2”
Lembre-se de que pelo Princípio da Conservação da Energia não pode haver aumento da energia consumida, assim a potência fornecida ao primário é a mesma do secundário  (P1=P2).
Símbolo de um transformador:
O sentido da corrente elétrica induzida é fornecido pela lei de Lenz “a força eletromotriz induzida e a corrente induzida geram um fluxo magnético que se opõe à variação do fluxo causador da indução”. Assim, se o módulo do fluxo aumenta  ---  as linhas de indução do fluxo induzido (com as quais você vai aplicar a regra da mão direita) são contrárias às do fluxo induzido (figura 1),  se o módulo do fluxo diminui,  as linhas de indução do fluxo induzido (com as quais você vai aplicar a regra da mão direita) são do mesmo sentido do fluxo induzido (figura 2).
 
Gráficos da força eletromotriz induzida e da corrente elétrica induzida – considere uma espira de qualquer formato ou uma bobina (solenoide) girando com velocidade angular W no interior de um campo magnético uniforme.
A corrente elétrica induzida é uma função senoidal do tempo e é alternada porque ela percorre a espira ou bobina invertendo seu sentido durante um ciclo, como indica o gráfico i X t.
Observe as sequencias abaixo onde a espira inicia seu giro no sentido horário: A corrente i inicia seu ciclo quando t=0 aumenta até atingir um valor máximo em t=T/4; diminui até se anular em t=T/2: inverte seu sentido e aumenta até atingir um valor máximo em módulo (mínimo) em t=3T/4 e em seguida diminui até chegar novamente a zero, quando reinicia um novo ciclo.
Como ε=R.i, com R constante, o gráfico da força eletromotriz induzida em função do tempo (ε X t) também é uma função senoidal, variando da mesma maneira como varia o gráfico da corrente elétrica induzida, variando apenas de intensidade.
Observe nos gráficos i X t e ε X t que, quanto mais rápido girar a espira, maior será a intensidade dessas grandezas.
As correntes que chegam em nossas instalações domiciliares é alternada com força eletromotriz eficaz de (117V ou 227V) e frequência de 60Hz, o que significa que a espira gire 60 vezes em cada segundo (3.600 rotações por minuto). Para facilitar, cada gerador tem vários pares de polos e assim se, por exemplo, um gerador tiver dois pares de polos, cada volta completa gera dois ciclos.
Assim, o gerador acima, para gerar 60Hz deve girar 30 vezes por segundo. Generalizando: f=K.P, onde: f= frequência em Hz da fem induzida; K=  número de rotações por segundo efetuadas pela espira e P é o número de pares de polos.
Exemplo:  Se um gerador tiver pares de polos e a espira girar 30 vezes por segundo, a fem induzida será de f=30.4=120Hz
Lembre-se de que pelo Princípio da Conservação da Energia não pode haver aumento da energia consumida , assim a potência fornecida ao primário é a mesma do secundário P1=P2.
Materiais utilizados
Fonte
Multímetro
Transformador
Esquema montado
Procedimento prático
1º passo – Conectamos a fonte na bobina de 600 espiras.
2º passo – Conectamos o multímetro na bobina primaria, na entrada e o outro multímetro na saída, na bobina de 600 espiras.
3º passo – registramos a amperagem de entrada e de saída, percebemos que a entrada registra metade da amperagem de entrada.
4º passo – invertemos o sistema e a entrada passa a ser na bobina de 600 espiras, que passa a ser a bobina primária e a bobina de 300 espiras passa a ser a saida, a bobina secundária.
Dados obtidos
Procedimento inicial
V1 – Tensão no primário;
V2 – Tensão no secundário; 
I1 – Corrente no primário = 8A
I2 – Corrente no Secundário = X
N1 – Numero de espiras no primário = 600
N2 – Numero de no secundário = 300
Invertendo o sistema
V1 – Tensão no primário;
V2 – Tensão no secundário;
I1 – Corrente no primário = 8A
I2 – Corrente no Secundário = X
N1 – Numero de espiras no primário = 300
N2 – Numero de no secundário = 600
Fórmula do transformador ideal
 = = 
Utilizando a armação inicial do sistema. Na fórmula, cortamos a voltagem.
 = = = = 4 ampere
Invertendo o sistema. Na fórmula, cortamos a voltagem.
 = = = = 16 amperes
Discussãode dados 
Percebemos que no primeiro procedimento, quando a bobina primária tem 600 espiras e a secundária tem 300 espiras, desse modo, a intensidade de corrente diminui, transformador “atenuador”. Quando invertemos o procedimento, e a bobina de 300 espiras passa a ser a primária e a de 600 a secundária, a intensidade de corrente aumenta transformador “elevador”.
Conclusão
Conseguimos perceber o funcionamento do transformador, que realmente o mesmo pode alterar voltagens e correntes alternadas sem perda apreciável de potência. Conseguimos perceber que a bobina de maior quantidade de espiras, quando é primária, a corrente diminuir e quando a de menor quantidade é primária, a corrente vai aumentar. Conseguimos perceber também que O campo magnético alternado que produz a corrente ao passar pelo primário, induzirá uma força eletromotriz (f.e.m.) nos enrolamentos secundários. Os valores dessas forças eletromotrizes induzidas serão proporcionais à relação existente entre o número de espiras do primário e do secundário.