fisica 3

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FACULDADE ESTÁCIO FASE
Laboratório Física Experimental III
Indução Eletromagnética e o Transformador
Alunos:
Carlos Santana Souz
Cesar santos 
Professor Dr.: Cochiran Pereira dos Santos
02 de Novembro de 2017
Aracaju-Se
Introdução
Um campo magnético em torno de um condutor se dá pela passagem de corrente elétrica.
 Esse evento só foi possível por que em 1819 Oersted posicionou uma bússola próxima a um circuito elétrico simples e percebeu que a agulha imantada da bússola sofria deflexões quando existia corrente elétrica no circuito.
Em outras palavras: a força eletromotriz induzida (fem) em um circuito fechado é determinada pela taxa de variação do fluxo magnético que atravessa o circuito. Essa lei é representada matematicamente pela equação 1: 
𝜀 = − ∆∅𝐵 / ∆𝑡 = − ∆ (𝐵 . 𝐴) / ∆𝑡 = − ∆(𝐵𝐴𝑐𝑜𝑠𝜃) / ∆𝑡
em que: 𝜀 é a força eletromotriz induzida (fem) e 𝐵 . 𝐴 é o fluxo magnético, sendo B o campo magnético e A a superfície por onde flui o campo magnético. O sinal negativo indica em qual direção a fem induzida age. Uma aplicação imediata da indução eletromagnética é o transformador de tensão. 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 funcionam eletricamente com base na indução eletromagnética, devido a suas características construtivas – constituído de três elementos básicos: duas bobinas interligadas por meio de um material ferromagnético condutor (núcleo permeabilidade magnética elevada) –, é possível realizar a indução de uma bobina a outra sem contato direto entre as mesmas, por intermédio do núcleo, alterando assim os valores da tensão.
Formalmente, essas máquinas elétricas são constituídas de um enrolamento primário (bobina primária) que quando aplicada uma corrente alternada produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento. 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: um enrolamento secundário (bobina secundária) surge uma corrente elétrica, que vária de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos dois elementos. E podem ser classificadas de acordo com a aplicação a qual se destinam, ao núcleo, ao tipo, e ao número de fases.
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 (N1) e o secundário NS espiras (N2), a voltagem no primário (V1) está relacionada à voltagem no secundário (V2) pela equação 2:
𝑉1/ 𝑉2 = 𝑁1/ 𝑁2 Equação (2)
Essa relação nos mostra que a fem induzida no secundário é diretamente proporcional à tensão no primário e a razão entre o número de espiras de cada um dos rolamentos (N1 e N2).
Existem dois tipos básicos de transformadores: os rebaixadores de tensão e os elevadores de tensão.
Objetivo
Determinar a dependência funcional entre a tensão induzida no secundário e a tensão aplicada no primário de um transformador e a relação entre o número de espiras do primário e do secundário.
Metodologia
Materiais utilizados: 
Fonte de tensão alternada.
Núcleo de ferro em forma de “U”.
Multímetros.
Bobinas diversas.
Cabos
Resultados
Na primeira parte do experimento verificamos a dependência funcional entre a tensão induzida no secundário de um transformador e a tensão aplicada ao primário.
Montamos todo o aparato anotamos o número de espiras (voltas) das bobinas primárias 800 espiras e as secundárias 200, 400 e 600 espiras na tabela que segue abaixo. Durante toda a primeira parte do experimento mantivemos a bobina primária com o valor fixo de 600 espiras. Começamos o experimento ligando a fonte de tensão alternada (AC) e medimos a tensão aplicada ao primário do transformador (V1) com a ajuda do multímetro (na função de voltímetro AC~) e também medimos a tensão induzida no secundário do transformador (V2) com a ajuda de um outro voltímetro (também na função AC~) e tudo anotado na tabela 1 abaixo.
Tabela 1
	Tensão no primário (V1): 12,73 V
Número de espiras (n) da Bobina 1 (primária): 800 espiras
	Bobinas
	Número de espiras (n)
	Tensão no secundário
(V2)-experimental
	Tensão no secundário
(V2)-teórica
	Bobina 2 (secundária)
	200
	3,11
	3,18
	Bobina 3 (secundária)
	400
	6,31
	6,36
	Bobina 4 (secundária)
	600
	9,50
	9,55
Diante dos resultados obtidos calculamos a tensão teórica através da equação: V2 = N2/N1 x V1 e comparamos o resultado experimental e teórico e verificamos que os valores obtidos estão bem próximos e os erros podem ter acontecido devido à falta de calibragem do equipamento.
Na segunda parte do experimento realizamos a inversão da alimentação das bobinas, ou seja, aumentamos a tensão.
Repetimos o mesmo procedimento da primeira parte com uma única diferença é que agora a bobina secundária terá um valor fixo de 800 expiras e o valor da bobina primária irá variar entre 200, 300 e 400 expiras. Prosseguimos com o experimento ligando a fonte de tensão alternada (AC) e medimos a tensão aplicada ao primário do transformador (V1) com a ajuda do voltímetro e também medimos a tensão induzida no secundário do transformador (V2) com a ajuda de um outro voltímetro e anotamos tudo na tabela 2.
Tabela 2
	Tensão no primário (V1): 12,82 V
	Bobina1(secundária)
n = 800 espiras
	Bobina2(secundária)
n = 300 espiras
	Bobina3(secundária)
n = 400 espiras
	Bobina4(secundária)
n = 600 espiras
	Tensão no secundário (V2)
experimental
	50,8
	25,3
	16,94
	Tensão no secundário (V2)
teórica
	51,2
	25,6
	17,06
Assim como na primeira parte do experimento calculamos a tensão teórica através da equação: V2 = N1/N2 x V1 e comparamos o resultado experimental e teórico e verificamos que os valores obtidos estão bem próximos e os erros podem ter acontecido devido à falta de calibragem do equipamento.
Discussão
1ª Parte:
- Quando variamos o número de espiras das bobinas no secundário, o que ocorre com a tensão induzida no secundário em relação ao primário? Ela obedece alguma relação?
R- Ao variar o numero de espiras no secundário, a tensão que inicialmente foi de 12,73 V ira variar em relação ao numero de espiras do primário, de forma crescente seguindo a relação N2/N1xV1, onde a tensão varia de acordo com a divisão do numero de espiras da bobina primaria dividida pelo numero de espiras da bobina secundaria através de uma divisão. Tomando como exemplo da primeira linha da tabela 1: 800/200 = 4, ou seja, minha tensão no secundário será 4 vezes menor que a tensão inicial 12,73 V/4 = 3,18 V.
2ª Parte:
- Quando variamos o número de espiras das bobinas no primário, o que ocorre com a tensão induzida no secundário em relação ao primário? Ela obedece alguma relação?
R- Ao variar o numero de espiras no primário, a tensão seguira a mesma relação N1/N2xV1, onde o a tensão ira variar em relação a divisão do numero de expiras do primário dividido pelo secundário, porem a tensão varia de acordo com produto do resultado dessa relação. Tomando como exemplo a coluna 1 da tabela 2 800/200=4 ou seja, minha tensão será 4 vezes maior do que a inicial 4x12,82 V = 51,2 V
- Cite exemplos de utilização de transformadores rebaixadores de tensão e elevadores de tensão no nosso cotidiano.
R- Os transformadores são utilizados para diversas aplicações, desde isolamento elétrico, até a realização do controle da impedância de dois circuitos distintos, ou realizando a filtragem de sinais de radiofrequência e pode-se destacar a transformação de eletricidade para a transmissão a longas distâncias de modo a minimizar as perdas por efeito joule o máximo possível.
 - Determine a equação que relaciona a corrente no primário e no secundáriode um transformador em relação ao número de espiras no primário e no secundário desse transformador.
R- I1 / I2 = N1 / N2
Conclusão
Conclui-se que a estrutura de um transformador é composta por: um enrolamento primário, um enrolamento secundário e um núcleo ferromagnético e que o que realmente vai determinar se um transformador é elevador ou abaixador vai ser justamente o número de espiras presente nos enrolamentos primários e secundários, como podemos observar no experimento realizado. Concluímos também que a tensão introduzida no secundário e a tensão aplicada no primário validando a relação N2/N1x V1 onde a tensão ira variar de acordo com o numero de espiras do primário e do secundário conforme vimos no experimento.
Referências Bibliográficas
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física III, Eletromagnetismo. Editora LTC. 2012.
http://brasilescola.uol.com.br/fisica/hans-christian-oersted.htm , acessado em 29/05/2017.
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/InducaoMagnetica/transformadores.php , acessado em 29/05/2017.