transformador relatório experimental

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Transformadores
Relatório de Física Experimental III, Roteiro No. 07, Novembro, 2017
Bruno B. Manzole; Jeferson Alves; João Paulo Alves; Marcelo de C. Junior
Engenharia Civil - Universidade Federal do Paraná
Resumo—O experimento relatado neste documento tem como
objetivo verificar experimentalmente as transformações de ten-
sões obtidas em transformador didático. Com uma breve in-
trodução teórica para nos situarmos sobre o assunto relatado
no experimento. "‘Os transformadores são utilizados em vários
equipamentos do nosso cotidiano, como, por exemplo, nas insta-
lações elétricas e também em equipamentos que utilizam como
princípio de funcionamento a eletricidade. É importante, tanto
para a segurança quanto para o bom funcionamento (eficiência)
dos aparelhos elétricos, que a tensão que sai da usina geradora
de energia elétrica e a tensão que chega até as residências sejam
relativamente baixas. Mas, por outro lado, quando se transmite
energia da usina até as casas, indústrias, é preferível que se
trabalhe com uma corrente elétrica muito baixa, mas para que
a corrente seja relativamente baixa a tensão produzida deve
ser bastante alta. Para que se eleve a tensão são utilizados os
transformadores."’ [3] O objetivo foi concluído de modo que os
resultados obtidos neste experimento foram bem satisfatórios.
Palavras-chave—Corrente; Tensão; Transformador.
I. INTRODUÇÃO
"‘Transformadores são equipamentos utilizados na trans-
formação de valores de tensão e corrente, além de serem
usados na modificação de impedâncias em circuitos elétricos.
O principio de funcionamento de um transformador é baseado
nas leis de Faraday e Lenz, as leis do eletromagnetismo e da
indução eletromagnética, respectivamente."’ [1]
Obs: Leis de Faraday e Lens - "’Faraday, em algumas
experiências percebeu que ao introduzir um ímã em uma
bobina esta acusava a presença de uma corrente elétrica na
mesma. Este fenômeno foi caracterizado qualitativamente e
quantitativamente e deu origem à Lei da Indução de Faraday,
onde a intensidade da força eletromotriz induzida é igual a
variação do fluxo magnético no interior da espira. Lenz define
que a força eletromotriz é igual ao negativo da variação do
fluxo magnético no interior da espira, esta lei especifica o
sentido da força eletromotriz induzida."’ [1]
"‘É capaz de aumentar (para a transmissão) e diminuir (para
o consumo) os valores de tensão nos circuitos, mantendo
o produto corrente X tensão praticamente constante, e não
funciona com corrente contínua."’ [2]
"‘O transformador ideal é formado por duas bobinas, com
diferentes números de espiras, enroladas em um mesmo núcleo
de ferro. (Não existe contato elétrico entre as bobinas e o
núcleo.) O enrolamento primário, com NP espiras, está ligado
a um gerador de corrente alternada."’ [2]
"‘Um transformador funciona do seguinte modo: ao aplicar
uma tensão alternada no enrolamento primário surgirá uma
corrente, também alternada, que percorrerá todo o enrola-
mento. Através dessa corrente estabelece-se um campo mag-
nético no núcleo de ferro, esse por sua vez sofre várias
flutuações e, consequentemente, surge um fluxo magnético que
é induzido na bobina secundária."’ [4]
Transformadores não possuem peças móveis. Figura 1 mostra
o esquema de um transformador.
Figura 1. Estrutura Básica de um Transformador
[5]
II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
A equação utilizada para calcular o erro percentual foi:
Epercentual =
Eteo. − Eexp.
Eteo.
; (1)
A equação utilizada para o cálculo da tranformação ideal
de cada tranformador foi:
Eespira =
V p
Np
=
V s
Ns
; (2)
V s = V p.
Ns
Np
(3)
ou
V s
V p
=
Ns
Np
(4)
Onde:
Eespira → é a força eletromotriz;
V p→ é a tensão no primário;
V s→ é a tensão no secundário;
Np→ é o número de espiras do primário;
Ns→ é o número de espiras do secundário.
A. Materiais
Para a realização do experimento foram utilizados os se-
guintes materiais:
1) Gerador de ondas (Fonte).
2) 3 Bobinas (transformador).
3) 2 Multímetros.
4) Cabos.
Figura 2. Experimento
B. Métodos
Os seguintes passos foram seguidos para a realização
do experimento:
• Inicialmente foi verificado se a experiência estava
montada corretamente, conforme esquema da figura
3.
Figura 3. Esquema de montagem da experíência
Foi identificado o número de espiras no circuito
primário e no circuito secundário e anotado seus
valores na tabela correspondente.
• Foi ajustado os mutímetros para medir voltagem
em correntes alternadas. Em seguida foi ligado o
gerador de ondas e ajustado a uma frequência de
60,0 Hz.
• Foi variado a amplitude do gerador alterando a
tensão no circuito primário e consequentemente no
secundário. Foi medido estas tensões e repetido 5
vezes a medida para tensões diferentes. Foi tudo
anotado na tabela 1 (T1)
• Foi variado a relação entre espiras, trocando uma
bobina. E repetido novamente a experiência com-
pletando a tabela 2 (T2).
III. RESULTADOS E DISCUSSÕES
As tensões anotadas na primeira fase do experimento
estão na Tabela I, onde também foram calculadas as
relações entre as tensões no circuito secundário pelo
primário e a média.
Tabela I
MY CAPTION
T1 Vp (volts) Vs (volts) Vs/Vp
1 0,586 0,951 1,622
2 1,752 3,00 1,712
3 2,50 4,60 1,84
4 3,70 7,20 1,946
5 4,60 9,10 1,978
Média = 1,82
Np = 200; Ns = 400
O gráfico feito com os dados da tabela 1, está mostrado
na Figura 4, em que o seu coeficiente angular é
"‘2,0532"’ .
Figura 4. Vs x Vp
A relação transformação ideal de cada transformador é
dado pela razão entre a espiras Ns/Np, na tabela 1 foi
de 400/200=2 com erro percentual de -9,89 porcento
em relação à média.
As tensões anotadas na segunda fase do experimento
estão na Tabela II, onde também foram calculadas as
relações entre as tensões no circuito secundário pelo
primário e a média.
Tabela II
MY CAPTION
T2 Vp (volts) Vs (volts) Vs/Vp
1 0,065 0,528 8,123
2 1,068 14,40 13,483
3 2,80 40,40 14,429
4 4,20 63,60 15,143
5 6,90 108,80 15,768
Média = 13,389
Np = 200; Ns = 3200
O gráfico feito com os dados da tabela 2, está mostrado
na Figura 5, em que o seu coeficiente angular é "‘15,9"’.
Figura 5. Vs x Vp
A relação transformação ideal de cada transformador
é dado pela razão entre a espiras Ns/Np, na tabela
2 foi de 3200/200=16 com erro percentual de -19,50
porcento em relação a média.
Obs: "‘Se Ns > NP, o transformador é chamado
de transformador elevador de tensão, já que, nesse caso,
a tensão Vs no secundário é maior que a tensão VP no
primário. Se N, <NP, o transformador recebe o nome
de transformador abaixador de tensão."’ [2]
Analisando os gráficos e as tabelas simultaneamente
nota-se que os valores foram aumentando
proporcionalmente quase gerando uma reta perfeita.
A tensão de saída (Vs) de um transformador está
diretamente relacionada a tensão (Vp) aplicada ao
primário, ou seja, o coeficiente angular dos gráficos
mostra a proporção da tensão aplicada no circuito
secundário em relação ao primário.
Em que T1 a tensão aplicada no secundário é 2,0532
maior que no primário. E em T2 a tensão aplicada no
secundário é 15,9 maior que no primário. Ambos são
"‘elevador de tensão."’
IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O objetivo do experimento foi de verificar experimen-
talmente as transformações de tensão obtidas em um
tranformador didático. Para esta verificação foram uti-
lizados três bobinas (transformador), um gerador de
ondas (fonte), dois multímetros e cabos. Foram criadas
tabelas à partir dos dados além de gráficos para melhor
compreensão. Foi encontrado os coeficientes angulares
dos gráficos e discutido sobre seu significado físico. O
objetivo foi concluído portanto foram bem satisfatórios
os resultados encontrados. Os erros ocorridos neste
experimento pode ter sido causado por falhas humanas
na hora de anotar os dados e fazer os cálculos, e ou
por eventual falha dos equipamentos utilizadosdurante
o experimento.
REFERÊNCIAS
[1] Transformadores - Física e Eletricidade - InfoEscola. .Disponível
em: <https://www.infoescola.com/eletricidade/transformadores/>.
Acesso em: 4/11/2017.
[2] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentos de física. volume
3: Eletromagnetismo, 9a edição, Editora LTC, Rio de Janeiro,
2013.
[3] Transformadores - Brasil Escola. .Disponível em:
<http://brasilescola.uol.com.br/fisica/transformadores.htm>.
Acesso em: 4/11/2017.
[4] O Transformador de Tensão - Mundo Educação. .Disponível em:
<http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-transformador-
tensao-1.htm>. Acesso em: 2/11/2017.
[5] Transformador. .Disponível em:
<http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondflo
or/MoreInfo/242T ransformer.html > .Acessoem :
1/11/2017.