Transformador - Relatório- Física

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Universidade Federal de São João del Rei - UFSJ 
Campus Alto Paraopeba - CAP 
TRANSFORMADORES 
 César Augusto 
Ouro Branco - 
MG 
1. INTRODUÇÃO 
Os transformadores de tensão, chamados normalmente de transformadores, são 
dispositivos capazes de aumentar ou reduzir valores de tensão. Um transformador é 
constituído por um núcleo, feito de um material altamente imantável, e duas bobinas com 
número diferente de espiras isoladas entre si, chamadas primário (bobina que recebe a 
tensão da rede) e secundário (bobina em que sai a tensão transformada). 
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 
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. 
Atualmente os transformadores são extremamente eficientes, devido a isso quase 
não há perda de energia na transferência do primário para o secundário, no entanto essa 
perda ainda existe, sendo que a maior parte da energia perdida é transformada em calor, 
por causa desse fator, que os fios envolvidos no sistema ficam muito quentes, sendo que 
se não forem resistentes o suficientes podem superaquecer. 
A tensão na entrada e na saída são proporcionais ao número de espiras em 
cada bobina, podendo ser calculado através da fórmula: 
Onde
: 
● é a tensão no primário; 
● é a tensão no secundário; 
● é o número de espiras do primário; 
● é o número de espiras do secundário. 
2. 
OBJETIVOS 
Esse experimento tem por objetivo demonstrar o funcionamento de um transformador, 
sendo possível observar como diferentes números de espiras afetam a energia elétrica 
gerada. Também possibilitando observar como a corrente elétrica gera um campo 
magnético. 
3 
PROCEDIMENTOS 
Os procedimentos foram divididos em três partes, sendo que na primeira 
determinou-se a relação entre o número de espiras e a tensão no secundário, na 
segunda encontrou-se as relações de transformação e na terceira analisou-se o 
campo magnético de uma espira com alta intensidade de corrente. 
PARTE 
1: 
Inicialmente montou-se o transformador no enrolamento primário usando o 
núcleo e uma bobina com 800 espiras. Assim, com um cabo banana enrolou-se apenas 
uma espira no secundário do transformador, sendo que uma ponta do cabo 
conectou-se na entrada do multímetro e a outra conectou-se no terminal “COM”. Feito 
as conexões, ligou-se a fonte de tensão e o multímetro para medir tensões alternadas. 
Em seguida, o valor indicado de tensão no multímetro foi anotado e a tensão foi 
desligada. Com isso, pegou-se novamente os cabos e enrolou mais uma vez no 
secundário do transformador e a partir daí realizou-se novamente a medição de tensão 
pelo multímetro e observou-se o resultado. 
Tal processo foi repetido para 3, 4, 5 e 6 espiras no secundário e obteve-se uma 
tabela com tais valores, informando o número de espiras, tensão no secundário e a 
razão entre as duas grandezas anteriores. 
PARTE 
3: 
Inicialmente montou-se o transformador colocando uma bobina de 400 espiras 
no primário e outra de 5 espiras no secundário, sendo que nos terminais do secundário 
conectou-se o condutor em forma de espira, encaixando-o também na placa de 
acrílico. 
Em seguida, colocou-se uma folha de papel embaixo da placa de acrílico para 
evitar desperdício de limalha de ferro e espalhou-se um pouco da limalha sobre a placa 
de acrílico. 
Com a limalha sobre a placa, conectou-se a chave liga-desliga por apenas 
alguns segundos à rede de energia e ao primário do transformador. Logo após fez-se 
um desenho da configuração que as limalhas de ferro assumiram. 
Por fim, trocou-se o condutor em forma de espira pelo condutor retilíneo, depois 
pelo condutor com dois ramos paralelos e por último pelo solenóide. Para cada caso 
ligou-se o transformador por apenas alguns segundos e desenhou-se a configuração 
que as limalhas de ferro assumiram. 
4. 
RESULTADOS 
O experimento contava com duas partes. Na primeira, o transformador foi montado 
conforme o indicado: usamos o núcleo e uma bobina com 800 espiras que foi 
considerada o enrolamento primário. A fonte de tensão continha 126,3V. Enrolamos 
duas espiras com o cabo de ligação no secundário do transformador e anotamos a 
tensão indicada no multímetro. A partir disso, enrolamos o cabo mais uma vez no 
secundário e novamente anotou-se a tensão obtida sucessivamente até atingirmos 6 
voltas. Os dados obtidos são mostrados na tabela abaixo. 
Número de espiras no 
secundário 
Tensão obtida (V) 
2 0,1 3 0,2 4 0,3 5 0,5 6 0,6 
Tabeala 3.1 – Relação entre tensão obtida x número de espiras no secundário. 
Mais adiante, montamos o transformador novamente com uma bobina de 400 
espiras no primário e outra de 5 espiras no secundário. Após isso, conectamos nos 
terminais do secundário diferentes geometrias de condutores: em forma de espira, um 
fio retilíneo, com dois fios paralelos e um solenoide. Também encaixamos uma placa 
de acrílico para servir de apoio às limalhas de ferro que foram esparramadas por cima 
da mesma. Para cada vez que conectamos os condutores, ligamos o transformador por 
apenas alguns segundos na fonte e observamos as configurações formadas pelas 
limalhas de ferro. 
5. CONCLUSÃO 
Os resultados foram bem próximos com o esperado na teoria, isso é comprovado com 
os resultados obtidos nas relações das espiras no primário e no secundário com as 
respectivas relações de entrada e saída das tensões. É Perceptível também que o 
aumento da tensão no secundário é diretamente proporcional com o aumento das 
espiras no secundário e inversamente proporcional com o número de espiras no primário. 
Além disso foi perceptível analisar as linhas de campo magnético utilizando as limalhas 
de ferro nas espiras, isso se confirma analisando as imagens presentes na parte 3 dos 
resultados. 
6. REFERÊNCIAS 
HALLIDAY, D., Resnick, R. Walker, J - Fundamentos de Física 3 – Tradução BIASI 
Ronaldo Sérgio de, - Rio de Janeiro: Livros técnicos e Científicos Editora, 8a Edição, 
2007 
YOUNG, H. D.; FREEDMAN R. A. Física III: Eletromagnetismo.Tradução de Sonia Midori. 12 
ed. Pearson, São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2009. 
NEVES, Eurico; MUNCHOW, Rubi. Transformadores elétricos. Disponível em: 
<http://minerva.ufpel.edu.br/~egcneves/biblioteca/caderno_elet/cap_08.pdf>. Acesso 
em: 19 de Novembro de 2014. 
MORAES, Everton. O Trafo - O transformador monofásico. Disponível em: < 
http://www.saladaeletrica.com.br/trafo-monofasico/ >. Acesso em: 19 de Novembro de 
2014. 
ANEX
O 
Questão 1: Explique em detalhes o funcionamento de um transformador. R: O 
transformador é baseado em dois princípios: o primeiro, descrito via lei de Biot-Savart, 
afirma que corrente elétrica produz campo magnético (eletromagnetismo); o segundo, 
descrito via lei da indução de Faraday, implica que um campo magnético variável no 
interior de uma bobina ou enrolamento de fio induz uma tensão elétrica nas 
extremidades desse enrolamento (indução eletromagnética). A tensão induzida é 
diretamente proporcional à taxa temporal de variação do fluxo magnético no circuito. A 
alteração na correntepresente na bobina do circuito primário altera o fluxo magnético 
nesse circuito e também na bobina do circuito secundário, esta última montada de 
forma a encontrar-se sob influência direta do campo magnético gerado no circuito 
primário. A mudança no fluxo magnético na bobina secundária induz uma tensão 
elétrica na bobina secundária. 
Questão 2: Explique porque uma usina de geração de energia elétrica utiliza 
transformadores nas suas linhas de transmissão. R: Para minimizar as perdas de 
energia durante a transmissão, por essa razão utiliza-se transmissão de energia à altas 
tensões, visto que a tensão e a corrente são inversamente proporcionais, minimizando 
assim o efeito joule. Em seguida utiliza-se transformadores para que essa alta tensão 
seja reduzida de forma que seja possível utilizar a nível residencial. 
Questão 3: Através da lei de indução de Faraday, obtenha a tensão no enrolamento 
secundário com a tensão no enrolamento primário e o número de espiras nos 
enrolamentos primário e secundário. R: 
Consideraremos, para iniciar, que o enrolamento (B) está aberto, ou seja, por ele 
não circula corrente alguma. Suponhamos que aos terminais do enrolamento (A) seja 
aplicada uma tensão alternada Ua = U0*sen(wt), que produz no mesmo uma corrente 
elétrica Im (Corrente de Imantação). Essa corrente excita no núcleo de ferro um fluxo 
magnético , sendo Na o número de espiras do enrolamento primário e Na m)/Rm φ = ( * 
I Rm a relutância do núcleo de ferro. 
Porém, como im varia com o tempo, o mesmo ocorre com o fluxo e o fluxo φ 
variável determina em cada uma das Na espiras do enrolamento primário uma força 
eletromotriz d /dt , e no total uma força eletromotriz: E= -Na*(d /dt). Se R1 é a φ φ 
resistência ôhmica do enrolamento primário, teremos: Ua + E = R1*Im. 
Porém, R1 é sempre pequeno e podemos considerar R1 = 0, obtendo-se então 
Ua + E = 0 , ou seja: U0*sen(w.t) = Na*(d /dt). φ 
Resolvendo a equação diferencial por integração temos: = - (U0 / φ 
(w*Na))*cos(w*t), ainda assim podemos reescrever a equação deixando na seguinte 
forma: 
= (U0 / (w*Na))*sen(w*t - /2) φ π O fluxo magnético no núcleo 
de ferro apresenta, portanto, a mesma forma senoidal que a tensão primária Ua, porém 
tem sua fase atrasada de /2 com relação a π tensão. A relação acima, entre o fluxo e a 
tensão primária Ua existe sempre no φ enrolamento primário, inclusive quando existir 
corrente no enrolamento secundário, já que é uma consequência necessária da relação 
sempre válida Ua + E = 0. 
O fluxo atravessa todo o núcleo de ferro e, portanto, passa também através φ 
das Nb espiras do enrolamento secundário. O fluxo , variável com o tempo, induz φ 
nesse enrolamento secundário uma força eletromotriz E2 = - Nb*(d /dt) e, portanto, φ d 
/dt = E2/(-Nb) que levada à expressão: U0*sen(w*t) = Na*(d /dt) fornecerá: φ φ 
E2 = - (Nb / Na)*U0*sen(w*t) ou E2 = (Nb / Na)*Ua*sen(w*t - ) π O fluxo vale = 
(Nb*Ib)/Rm e sendo = (Na*Ia)/Rm , pelo fato de ser 2 φ 2 φ 1 φ = 0 ,podemos por: 1 
φ2 φ + 
Partindo do principio de que a Pa = Pb, podemos escrever o 
seguinte: 
E1/E2 = U1/U2 
U1/U2= N1/N2 
Questão 4: Que relação de proporcionalidade existe entre o número de espiras e 
a tensão no secundário do transformador? R: Utilizando U1/U2= N1/N2, 
convencionando que a tensão de entrada de um transformador é no primário, 
quando: N1>N2, a tensão no secundário é menor que a tensão no primário. 
N1<N2, a tensão no secundário é maior que a tensão no primário. 
Questão 5: Qual o comportamento da tensão no secundário do transformador quando 
se duplica o número de espiras? R: A tensão duplica, pois se N2 aumenta, a tensão 
no secundário também aumenta. 
Questão 6: Quantas espiras deve ter a bobina secundária de uma campainha 
(voltagem secundária 5 V) se a bobina primária tem 1200 espiras e 220 V apicados a 
ela? R: U1/U2= N1/N2 220/5 = 1200/N2 N2 = 27,27 
A bobina do secundário deve ter entre 27 e 28 espiras. 
Questão 7: O que representam essas configurações que a limalha de ferro assume? 
R: Representam as linhas de campo de cada configuração de 
bobina/espira/senoide.