Relatório Transformadores (Física III)

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CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTÁCIO DE SERGIPE 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA 
 
 
JAMILE CASAIS MACHADO FERREIRA 
JOYCE CARVALHO SAMUEL 
LAURO CLAYTON DE CARVALHO BRACHTVOGEL 
LAYANNA SORAI DA SILVA SANTOS 
TALITA LORRANY LIMA COSTA 
 
 
 
LABORATÓRIO DE FÍSICA III: 
INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA E O TRANSFORMADOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aracaju – SE 
Novembro/2019 
Turma 3001
 
 
JAMILE CASAIS MACHADO FERREIRA 
JOYCE CARVALHO SAMUEL 
LAURO CLAYTON DE CARVALHO BRACHTVOGEL 
LAYANNA SORAI DA SILVA SANTOS 
TALITA LORRANY LIMA COSTA 
 
 
 
 
LABORATÓRIO DE FÍSICA III: 
INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA E O TRANSFORMADOR 
 
 
 
Relatório de experimento prático da 
turma 3001 na disciplina de Física 
Experimental III do curso das 
engenharias civil, mecânica e de 
produção, como requisito parcial para 
obtenção de nota da AV2. 
Orientador (a): Prof. Dr. Marcos 
Antonio Passos Chagas. 
 
 
 
Aracaju – SE 
Novembro/2019 
Turma 3001 
3 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 4 
2 OBJETIVO ............................................................................................................. 5 
3 MATERIAL UTILIZADO ......................................................................................... 5 
4 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS.................................................................. 7 
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 8 
6 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 11 
7 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 11 
 
 
4 
 
1 INTRODUÇÃO 
No ano de 1820, Hans Christian Oersted descobriu que havia uma relação 
entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Observou que a passagem de corrente 
elétrica em um fio condutor poderia alterar a direção de alinhamento de algumas 
bússolas que haviam sido deixadas nas proximidades do fio. Permitiu compreender 
que a eletricidade e o magnetismo, até então independentes, são fenômenos da 
mesma natureza, possibilitando assim foi que se iniciaram os estudos sobre o 
eletromagnetismo. 
Com os avanços nos estudos pode-se entender que as correntes elétricas 
eram capazes de gerar campos magnéticos, essa teoria foi observada por Michael 
Faraday no ano de 1831, através de experimentos com aparatos que consistia em 
um anel de ferro envolvido em dois enrolamentos (bobinas) de fios de cobre, 
conectados a uma bateria e a um galvanômetro (dispositivo usado para medir 
corrente). Em seus muitos experimentos pode ser notado que quando se movimenta 
um imã em direção ao solenoide, uma corrente elétrica o percorre, descobrindo 
assim o princípio de indução eletromagnética, sendo o fenômeno responsável pelo 
surgimento de correntes elétricas em materiais condutores imersos em campos 
magnéticos, quando sujeitos a mudanças no fluxo de campo. 
As principais fórmulas de indução eletromagnética são a fórmula do fluxo de 
campo magnético e a lei de Michael Faraday e Heinrich Lenz, confira: 
∅ = BAcosθ 
Onde: ∅ → fluxo magnético (Wb ou T/m²); 
 B → campo magnético (T – Tesla); 
 A → área (m²); 
 θ → ângulo entre B e a área A. 
ϵ = 
∆∅
∆t
 
Onde: ϵ → força eletromotriz induzida (V – Volts); 
 ∆∅ → variação de fluxo magnético (Wb); 
 ∆t → intervalo de tempo. 
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Não pode deixar de falar dos transformadores que funcionam com correntes 
elétricas alternadas e são constituídos de uma barra de ferro, geralmente em 
formato de U, envolta em duas bobinas, com diferentes números de espiras. Quando 
a corrente elétrica passa pelo primeiro enrolamento, um campo magnético é 
produzido pela bobina, sendo então concentrado e transmitido através da barra de 
fero. A segunda bobina, exposta ao campo magnético oscilante, gera um campo 
magnético induzido, contrário àquele que é transmitido pela barra de ferro. A 
diferença entre o número de espiras em cada um dos lados da barra de ferro faz 
com que a intensidade da corrente elétrica induzida seja diferente nas duas bobinas, 
no entanto, a potência elétrica em cada uma delas é a mesma. 
A fórmula utilizada para os transformadores é mostrada a seguir, confira: 
UP
NP
=
US
NS
 
Onde: UP e US → tensões primária e secundária; 
 NP e NS → número de espiras da bobina primária e secundária. 
 Apesar de terem funções parecidas, existem diversos tipos de 
transformadores que atendem a diferentes necessidades. Confira alguns dos tipos 
mais comuns: Transformador de corrente, Transformador de potencial, 
Transformador de distribuição e Transformador de força. 
2 OBJETIVOS 
 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. 
3 MATERIAIS UTILIZADOS 
 Os materiais utilizados na aula foram: Fonte de corrente alternada (Figura 1), 
núcleo de ferro em forma de “U” (Figura 2), multímetros (Figura 3), bobinas (Figura 
4) e cabos (Figura 5). 
6 
 
 
 
 
Figura 1 – fonte de corrente alternada. 
 
Figura 2 – núcleo de ferro em forma de “U”. 
 
Figura 3 – multímetros. 
7 
 
 
 
 
Figura 4 – bobinas. 
 
Figura – cabos. 
4 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
Inicialmente, tem-se à bancada de experimento de Física III, os materiais 
necessários para realizar o experimento relacionado à Transformadores. Para dar 
início ao experimento, os operadores possuiam dois multímetros conectados ao 
sistema, um de entrada e o outro de saída. Para a primeira parte do experimento, foi 
escolhida uma das bobinas para ser fixada até o final de todas as trocas das bobinas 
de saída. 
Foram utilizadas bobinas de 800, 600, 400 e 200 espiras para as aferições, 
então liga-se a fonte de tensão (multímetro adaptado para a função voltímetro) e 
mediu-se as tensões em ambas as fontes para a bobina fixada, nessa primeira parte 
foi a de 800 espiras que estava fixa na entrada do sistema. Dando continuidade, 
desligou-se a fonte para a retirada da bobina que não estava fixa, na saída do 
sistema. Em seguida trocou-se a bobina de saída com um número diferente de 
espiras da inicial colocada, ligaram-se as fontes de tensão para realizar a coleta dos 
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valores para a segunda bobina utilizada e por fim o mesmo procedimento repetiu-se 
para a última bobina que restava ser utilizada no sistema. 
Tendo terminado a primeira parte do experimento, os operadores agora 
desligam todas as fontes de alimentação do sistema e agora selecionam uma bobina 
qualquer, das utilizadas anteriormente, para ser fixada na saída do sistema e mais 
uma vez analisar os valores de tensões experimentais obtidas. Começando a 
segunda parte do experimento, após escolher uma das bobinas a ser fixa na saída 
do sistema, sendo essa a de 200 espiras, agora os operadores selecionam as outras 
boninas a serem postas na estrada do sistema, estas, desta vez, serão 
completamente removíveis ao longo das análises de tensão. 
Selecionou-se a primeira bobina para a entrada do sistema e ligaram-se as 
fontes de alimentação (voltímetros) para a coleta dos dados de tensão. O mesmo 
procedimento foi repetido para as últimas duas bobinas restantes para o 
experimento. Ao final, todos os valores foram anexos às tabelas e agora os 
operadores devem verificar a diferença entre as tensões obtidas na prática e as 
tensões calculadas teoricamente. Vale lembrarque todas as trocas entre as bobinas 
tanto de entrada, quanto de saída do sistema foram realizadas desligando 
previamente todas as fontes de alimentação, para evitar danos à aparelhagem e 
também aos operadores. 
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Tabela 1: número de espiras e medidas de tensão no primário e no secundário do transformador. 
Tensão no primário (U1): 12,68 V 
Número de espiras (n) da Bobina 1 (primária): 800 
Número de espiras (n) 
Tensão no secundário 
(U2) - experimental 
Tensão no secundário 
(U2) - teórica 
Bobina 2 
(secundária) 
200 3,08 3,17 
Bobina 3 
(secundária) 
400 6,20 6,34 
Bobina 4 
(secundária) 
600 9,27 9,53 
 
Os valores da tensão teórica no secundário foram obtidos através da seguinte 
equação: 
NP
NS
=
UP
US
 
9 
 
 
 
Onde: NP → número de espiras primárias; 
 NS → número de espiras secundárias; 
 UP → tensão primária (de entrada); 
 US → tensão secundária (de saída). 
- Para a bobina 2 (secundária), com n = 200: 
800
200
 = 
12,68
Us
 ∴ 4 = 
12,68
Us
 ∴ Us = 
12,68
4
 ∴ Us = 3,17 V 
- Para a bobina 3 (secundária), com n = 400: 
800
400
 = 
12,68
Us
 ∴ 2 = 
12,68
Us
 ∴ Us = 
12,68
2
 ∴ Us= 6,34 V 
- Para a bobina 4 (secundária), com n = 600: 
800
600
 = 
12,68
Us
 ∴ 1,33 = 
12,68
Us
 ∴ Us = 
12,68
1,33
 ∴ Us= 9,53 V 
 Tabela 2: tensão no secundário em relação a tensão no primário do transformador. 
Tensão no primário (U1): 12,6 V 
Número de espiras (n) da Bobina 1 (secundária): 200 
Bobina 1 
(secundária) 
Bobina 2 (primária) / 
400 espiras 
Bobina 3 (primária) / 
600 espiras 
Bobina 4 (primária) / 
800 espiras 
Tensão no 
secundário (U2) - 
experimental 
6,11 4,06 3,05 
Tensão no 
secundário (U2) - 
teórica 
6,3 4,2 3,15 
 
 Nesta segunda parte do experimento, a tensão teórica foi calculada pelo 
mesmo método. 
- Para a bobina 2 (primária), com n = 400: 
400
200
 = 
12,6
Us
 ∴ 2 = 
12,6
Us
 ∴ Us = 
12,6
2
 ∴ Us = 6,3 V 
- Para a bobina 3 (primária), com n = 600: 
600
200
 = 
12,6
Us
 ∴ 3 = 
12,6
Us
 ∴ Us = 
12,6
3
 ∴ Us = 4,2 V 
- Para a bobina 4 (primária), com n = 800: 
800
200
 = 
12,6
Us
 ∴ 4 = 
12,6
Us
 ∴ Us = 
12,6
4
 ∴ Us = 3,15 V 
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 Ao fazer a análise das tabelas 1 e 2, e comparar os valores das tensões 
experimental e teórica, fica perceptível que os valores obtidos foram relativamente 
próximos, ou seja, a margem de erro entre elas é bem pequena. 
 Em ambas as tabelas, os dados apresentam o exemplo de transformadores 
rebaixadores de tensão, pois o número de espiras do secundário é menor que no 
primário, fazendo com que a indução magnética seja menor e, consequentemente, 
reduza a tensão elétrica. Exemplos de sua utilização no cotidiano podem ser 
encontrados, como o carregador portátil de celular. Caso a quantidade de espiras 
secundárias fosse maior, ocorreria a elevação de tensão devido ao aumento da 
indução magnética. Seu uso pode ser visto em elevadores domésticos com tensão 
de 110V para 220V. 
 Na primeira parte do experimento, ao variar o número de espiras das bobinas 
no secundário, a tensão foi maior à medida que a quantidade de espiras aumentava, 
obedecendo a uma relação proporcional. Já na segunda parte do experimento, 
variando o número de espiras das bobinas no primário, a tensão no secundário 
diminuía à medida que a quantidade de espiras aumentava, ou seja, a relação entre 
elas é inversamente proporcional. 
 O funcionamento de um transformador é baseado na criação de uma corrente 
induzida no secundário, a partir da variação de fluxo gerada pelo primário. Os 
transformadores possuem um alto rendimento, ou seja, a perda é mínima. Sendo 
assim, a potência de entrada (P1) é aproximadamente igual à potência de saída (P2). 
P1= UP.IP / P2= US.IS 
 Considerando que P1= P2, conclui-se que a equação que relaciona a corrente 
ao número de espiras é: 
UP.IP= US.IS 
 
IP
IS
 = 
US
UP
 
 Como: 
US
UP
=
NS
NP
, têm-se: 
IP
IS
=
NS
NP
 
 As correntes são inversamente proporcionais tanto às tensões quanto ao 
número de espiras correspondentes. 
11 
 
 
 
6 CONCLUSÃO 
 Durante a prática sobre indução eletromagnética e transformador, foi possível 
observar que os valores obtidos experimentalmente se aproximaram dos valores 
teóricos, comprovando assim o êxito do experimento. 
 Foi visto também que existem relações de proporcionalidade, primeiramente 
entre o número de espiras e a tensão, que foi tanto inversa quanto diretamente 
proporcional, e depois entre o número de espiras e a corrente, que foi somente 
inversamente proporcional. 
 Por fim foram citados exemplos da utilização de transformadores 
rebaixadores e elevadores de tensão no cotidiano. Dessa forma, diante dos fatos 
expostos, foi possível entender um pouco sobre o funcionamento do 
transformador elétrico e a importância de tais conceitos no dia a dia. 
7 BIBLIOGRAFIA 
BRUM, Bruno; “Transformadores”, Info Escola; disponível em: 
<https://www.infoescola.com/eletricidade/transformadores/>; acesso em 07/11/2019. 
HELERBROCK, Rafael; "Indução eletromagnética", Brasil Escola; disponível 
em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-inducao-eletromagnetica.htm>; acesso 
em 09/11/2019. 
HELERBROCK, Rafael; "O que é um transformador?", Brasil Escola; 
disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-um-
transformador.htm>; acesso em 09/11/2019. 
MORAES, Everton; “Trafo: Transformador Monofásico”, Sala da elétrica; 
disponível em: <https://www.saladaeletrica.com.br/trafo-monofasico/>, acesso em 
05/11/2019. 
SANTOS, Marco Aurélio da Silva; "Fluxo Magnético e a Lei de Faraday", 
Brasil Escola; disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/fluxo-magnetico-
lei-faraday.htm>; acesso em 09/11/2019. 
 SANTOS, Marco Aurélio da Silva; “O transformador de tensão”, Mundo 
Educação”; disponível em: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-
transformador-tensao-1.htm>; acesso em 07/11/2019.