Indução Eletromagnética e Transformadores

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FLUXO MAGNÉTICO (f)
f = B . A . cos a
Weber
Wb
Tesla
T
metros quadrados
m
onde a  ângulo formado entre n e B
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PERGUNTA
 Demonstraram que há possibilidade de produzir corrente elétrica, utilizando um campo magnético.
EXPERIÊNCIAS DE FARADAY (1831)
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Há corrente induzida na bobina, ao se aproximar ou afastar o ímã.
PRIMEIRA EXPERIÊNCIA
• na aproximação do ímã
• no afastamento do ímã
corrente num determinado sentido
corrente no sentido contrário
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Ligando ou desligamento a chave (K) (circuito da esquerda) aparece uma corrente induzida na bobina da direita.
SEGUNDA EXPERIÊNCIA
• ligando a chave (K) a corrente tem determinado sentido.
• desligando a chave (K) a corrente terá sentido contrário.
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TERCEIRA EXPERIÊNCIA
corrente num determinado sentido
corrente no sentido contrário
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B		i, logo i		B
CONCLUSÃO
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Num circuito (aparentemente sem gerador) é possível produzir uma corrente induzida, quando se provoca através dele um fluxo magnético variável. Temos então o fenômeno chamado indução magnética.
LEI DE FARADAY
Obs: só pode existir corrente num circuito quando atuar nele uma f.e.m. (força eletromotriz), esta é induzida no circuito devido à variação do fluxo magnético.
Logo, como toda Lei deve ser expressa por uma equação matemática, vem:
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LEI DE FARADAY
f.e.m.
Volt  V
intervalo de tempo
segundo  s
variação do fluxo magnético
Weber
Wb
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Permite determinar o sentido da corrente induzida.
“O sentido da corrente induzida é tal que, por seus efeitos, ela se opõe à causa que lhe deu origem”
LEI DE LENZ (1834)
O sentido que iinduz se opõe à causa que lhe deu origem
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CONCLUSÃO
Df
(variação do
fluxo magnético)
Espira (circuito aberto)
 f.e.m. induzida
Espira (circuito fechado)
 f.e.m. induzida
e corrente induzida
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EXERCÍCIOS
Determine o sentido da corrente induzida nos seguintes casos:
a)
O ímã se afasta, o contrário de se afastar é se aproximar! Para isso do lado esquerdo da bobina cria-se um pólo SUL. E pela regra da mão direita o sentido da corrente será descendo no fio.
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i
De lado
De frente
horário
S
N
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EXERCÍCIOS
Determine o sentido da corrente induzida nos seguintes casos:
b)
O ímã está se aproximando, o contrário é se afastar! Para isso surge um pólo SUL do lado esquerdo. E pela regra da mão direita a corrente será vertical e para baixo no 1º fio.
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i
S
N
De lado
De frente
horário
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EXERCÍCIOS
Determine o sentido da corrente induzida nos seguintes casos:
c)
i
anti-horário
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EXERCÍCIOS
Determine o sentido da corrente induzida nos seguintes casos:
d)
iG = 0
Só apareceria iind se houvesse Df, isto é, abrindo-se ou fechando-se a chave.
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CURIOSIDADE
 Na figura, uma pequena espira circular passa por uma fileira de barras ferromagnéticas com o norte para cima e outras com o norte para baixo. Nessas condições, há dois sentidos possíveis para a corrente induzida na espira e esse sinal pode ser captado por um sensor.
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CURIOSIDADE
 Considerando que magnetizado norte seja o número 1 e magnetizado sul, o número 0, a passagem da espira por essa seqüência de barras corresponde à leitura de um número escrito em forma binária. Na base decimal, esse número é 173.
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CURIOSIDADE
 Para a gravação, fazemos o processo inverso. Ao passar por uma barra, na espira pode estar circulando uma corrente elétrica no sentido horário ou anti-horário, correspondendo a diferentes imantações.
 A gravação magnética de números, códigos, documentos em geral e até imagens está muito presente em nossos dias, como, por exemplo, os cartões bancários, disquetes, discos rígidos, etc.
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CURIOSIDADE
 É claro que a exposição desses materiais a campos magnéticos intensos arruína todas as informações armazenadas.
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O TRANSFORMADOR
 Uma aplicação importante do fenômeno da indução eletromagnética está nos dispositivos denominados transformadores elétricos.
 O transformador permite modificar uma d.d.p. variável, aumentando-a ou diminuindo-a conforme a conveniência.
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O TRANSFORMADOR
 Nos casos simples, os transformadores constam de duas bobinas, primária (1) e secundária (2), independentes e envolvendo um mesmo núcleo de ferro laminado.
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O TRANSFORMADOR
Sejam:
U1 = valor eficaz da tensão alternada gerada pela fonte (gerador) e recebida pelo consumidor que deseja transformá-la.
U2 = valor eficaz da tensão alternada obtida e que será utilizada pelo consumidor.
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O TRANSFORMADOR
 A corrente alternada que alimenta o primário produz no núcleo do transformador um fluxo magnético alternado. Grande parte desse fluxo (há pequena perda) atravessa o enrolamento secundário, induzindo aí a tensão alternada U2.
 No próprio núcleo de ferro são induzidas correntes elétricas (correntes de Foucault). Estas correntes são minimizadas pelo fato de o núcleo ser laminado e suas lâminas isoladas entre si.
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O TRANSFORMADOR
 Chamamos de N1 e N2 o número de espiras dos enrolamentos primário e secundário, vale a seguinte razão, chamada RAZÃO DE TRANSFORMAÇÃO.
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O TRANSFORMADOR
 Admitindo que não há perdas, podemos impor que as potências elétricas do primário e do secundário são iguais. Assim, sendo I1 e I2, os valores eficazes das correntes que percorrem o primário e o secundário, respectivamente, podemos escrever:
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APLICAÇÃO DA LEI DE FARADAY
 Consideramos um condutor conectado a um circuito elétrico, conforme figura 9. O condutor pode deslizar pelos trilhos condutores 1 e 2.
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APLICAÇÃO DA LEI DE FARADAY
 Com o deslocamento do condutor XY, há uma variação de fluxo, pois a área enlaçada pelos fios varia. Faraday observou que o valor médio da variação de fluxo no decorrer do tempo correspondia exatamente à tensão média (força eletromotriz) induzida nesse circuito. Assim:
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APLICAÇÃO DA LEI DE FARADAY
Observação:
• A lei de Faraday tem validade geral, para qualquer variação de fluxo de campo magnético.
Lembrando que a variação de fluxo, no intervalo de tempo Dt, é dada por:
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EXERCÍCIOS
01. Na tarja magnética de um cartão de crédito, estão gravadas informações do cliente. Essa tarja é constituída por um composto de ferro que é magnetizado em determinadas regiões. Assim, uma seqüência de regiões magnetizadas / não-magnetizadas, como minúsculos ímãs, é convertida em um código com as informações pessoais. O leitor desse código consiste em espiras de fio condutor nas quais é induzida uma força eletromotriz, pelos minúsculos ímãs, enquanto o cartão é movimentado. Esse princípio, o da indução da força eletromotriz, é bem mais explicada pela:
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EXERCÍCIOS
 conservação da carga elétrica
 conservação da energia.
 indução eletrostática
 variação de fluxo magnético
 lei de Coulomb.
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EXERCÍCIOS
02. (UFMS) Após duas pilhas de 1,5 V serem ligados ao primário de um pequeno transformador, conforme figura, não haverá voltagem induzida no secundário. Quais as afirmações justificam esse fato?
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EXERCÍCIOS
Existe um fluxo magnético no secundário, mas ele não varia com o tempo.
 Uma corrente não produz campo magnético no núcleo de ferro
 O campo magnético criado na bobina do primário não atravessa o secundário.
 O número de espiras da bobina do secundário não é suficiente para o surgimento da voltagem induzida.
 O número de pilhas no primário não é suficiente para o surgimento da voltagem induzida.
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EXERCÍCIOS
03. Um CD player portátil é alimentado por um transformador que baixa a tensão de 120 V para 12 V. Sabe-se que esse transformador tem 200 espiras no primário e que o aparelho é alimentado pelo secundário. A potência fornecida ao primário é 2,0 W e, supondo que não hádissipação de energia no transformador, determine:
 O número de espiras no secundário;
 A corrente no secundário;
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EXERCÍCIOS
 O número de espiras no secundário;
N2 = ?
U1
U2
N1
N2
=
120
12
200
N2
=
N2
= 20 espiras
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EXERCÍCIOS
b) A corrente no secundário;
P2 = i2.U2
2 = i2.12
I2 = 0,17 A
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Aspecto interno de um gerador de usina hidrelétrica, acoplado à turbina e aos fios condutores. O eixo da turbina, que é movida
pela queda-d’água, movimenta a espira no campo magnético entre os pólos de um ímã em ferradura ou entre o pólo norte e o pólo sul de dois ímãs em barra. A corrente elétrica é gerada por este movimento, sendo levada para os centros de consumo,
através dos fios elétricos.
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
a)
01. Determine o sentido da corrente induzida nos seguintes casos:
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Resp: Com o deslocamento do fio (condutor) móvel para direita, aumenta-se a área por onde ocorre a variação de fluxo, aumentando no sentido de entrar, a lei de Lenz diz que o sentido da corrente induzida é tal que se opõe as causas que lhe deram origem. Pela regra da mão direita se o campo gerado pela espira está saindo do plano a corrente induzida será no sentido ANTI-HORÁRIO.
a)
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
b)
Resp: Sentido HORÁRIO
01. Determine o sentido da corrente induzida nos seguintes casos:
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
02. Explique o que ocorre quando aproximamos um ímã de uma espira condutora em circuito aberto. O ímã percorre a trajetória perpendicular ao plano da espira, conforme a figura.
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Resp: Como a espira está aberta com a variação do fluxo magnético (Df) surgirá apenas uma f.e.m. induzida. Só apareceria corrente induzida se a espira estivesse fechada.
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
a)
anti-horário
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
b)
03. Cada esquema abaixo representa um ímã que se desloca com velocidade v na direção de uma espira circular. Determine o
sentido das correntes induzidas nas esferas:
anti-horário
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
c)
03. Cada esquema abaixo representa um ímã que se desloca com velocidade v na direção de uma espira circular. Determine o
sentido das correntes induzidas nas esferas:
anti-horário
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EXERCÍCIOS SOBRE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
d)
03. Cada esquema abaixo representa um ímã que se desloca com velocidade v na direção de uma espira circular. Determine o
sentido das correntes induzidas nas esferas:
horário