Vitor Souza Premoli - Transformador em corrente continua e alternada - Exp II

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Transformador em Corrente Contínua e Alternada 
Vitor Souza Premoli Pinto de Oliveira 
 
Física exp. II – Licenciatura em Física – CCENS 
Universidade Federal do Espírito Santo – UFES 
2019/02 - Alegre-ES 
 
 
Resumo. O presente relatório tem por função o estudo do funcionamento de um transformador em 
condições de corrente alternada e contínua; bem como a analise do campo magnético, nas 
vizinhanças de condutores retilíneos e no interior de um solenoide, gerado por corrente elétrica 
originada de um transformador. 
 
Palavras chave: transformador, campo magnético, espiras 
_______________________________________________________________________________________ 
 
 
1. Introdução 
Transformadores são dispositivos 
destinados a transmissão de tensão por 
meio de indução eletromagnética. 
Possuem o controle de regular o valor da 
tensão, podendo aumenta-la ou diminui-la. 
Sua estrutura consiste basicamente em 
dois enrolamentos (ou bobinas) de fios, 
denominados primário e secundário, 
envolvidos em um núcleo metálico – esse 
em geral é feito de um material com 
elevada permeabilidade magnética 
relativa, tal como o ferro, obrigando as 
linhas do campo magnético, produzidas 
pela corrente das bobinas, a ficarem 
confinadas quase completamente no 
interior do núcleo, dessa forma 
maximizando a indutância mútua delas.
 
Figura 1 [1] bobina primária, [2] bobina 
secundária e [3] núcleo. 
Assim como é mostrado na figura 1, a 
bobina primária é aquela conectada a 
fonte. Ao receber uma corrente alternada 
oriunda da fonte, automaticamente a 
bobina origina um fluxo magnético 
alternado no núcleo, que em seguida, pela 
lei de Faraday, acaba gerando uma Força 
Eletromagnética (Fem) induzida. Essa Fem 
por vez na secundária acaba originando 
uma corrente alternada na mesma, 
fornecendo energia elétrica ao dispositivo 
que está conectada a ela. É importante 
notar que é por necessitar dessa variação 
no fluxo magnético que os transformadores 
só funcionam em corrente alternada. 
 
Figura 2 O cilindro localizado no poste é um 
transformador usado para converter a alta tensão 
vinda das linhas transmissões em tensões 
menores, para que em seguida seja distribuída 
para residências e comércios. 
No cotidiano, assim como é mostrado na 
figura 2, transformadores são usados 
normalmente, por exemplo, para converter 
tensões altas em menores, assim como 
ocorre nas linhas de transmissões 
modernas, onde tensões na ordem de 500 
KV que por questões de segurança são 
revertidas para tensões menores(nesse 
caso 110 V ou 220 V no Brasil). É 
interessante ressaltar que do mesmo modo 
que ocorre o decréscimo da tensão, o 
contrário também pode ocorrer, ou seja, 
em termos de bobina, a tensão no 
secundário também pode resultar em uma 
maior do que a aplicada no primário. 
1.1. Transformador ideal 
Para a análise experimental, iremos 
adotar que os transformadores utilizados 
são todas ideias. Dessa forma, “vamos 
desprezar a resistência dos enrolamentos 
e supor que todas as linhas do campo 
magnético ficam confinadas no núcleo de 
ferro, de modo que em todos os instantes o 
fluxo magnético Φ𝐵 é o mesmo em todas as 
espiras do enrolamento primário e do 
secundário” [1].Dessa forma, dada as 
suposições quando um fluxo magnético 
varia porque as correntes variam nas duas 
bobinas, cada Força Eletromagnética vai 
ser dada como: 
 
𝑉1 = 𝜀1 = 𝑁1
𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡
 (1) 
 
𝑉2 = 𝜀2 = 𝑁2
𝑑Φ𝐵
𝑑𝑡
 (2) 
 
Onde 𝑁1 e 𝑁2 correspondem o numero 
de espiras das bobinas primária e 
secundária, respectivamente. Como não 
há resistência no rolamento, logo é 
justificável que cada 𝜀1 e 𝜀2 deva ser igual 
à respectiva voltagem (dada em Volts – V) 
através do primário e do secundário. 
Dividindo cada equação e adotando que o 
fluxo magnético é o mesmo para as duas 
espiras, temos que: 
 
𝑉1
𝑁1
=
𝑉2
𝑁2
 (3) 
ou 
𝑉1
𝑉2
=
𝑁1
𝑁2
 (4) 
Ordenando os termos temos uma 
relação com a tensão do secundário e 
primário: 
 
𝑉2 =
𝑁2
𝑁1
𝑉2 (5) 
 
Dessa forma, pela expressão 5 é 
possível produzir uma análise quantitativa 
quanto a tensão(V) que é originada na 
secundária. Onde somente pelo número de 
espiras de cada bobina e pela tensão da 
fonte é possível deduzir qual a tensão final 
que irá alimentar o aparelho que estaria 
conectada ao segundo enrolamento. 
Dessa forma, quando 𝑁2 > 𝑁1, então 𝑉2 >
 𝑉1 , logo dizemos que o transformador 
elevou a tensão; e quando 𝑁2 < 𝑁1, então 
𝑉2 < 𝑉1 e assim obtemos um 
transformador que abaixa a tensão. 
2. Procedimento Experimental 
 
2.1. Transformador em corrente 
contínua 
Foram usados os seguintes 
componentes: 
 
• 2 núcleos de aço silício laminado 
em “U”; 
• Placa de montagem; 
• Uma lâmpada; 
• Bobina de 200 espiras; 
• Bobina de 400 espiras; 
• Fonte de tensão contínua 
regulada para 3 V e limite de 
corrente de 0,5 A. 
 
Assim como é aludido na figura 1, foi-se 
acoplado usando os 2 núcleos de aço 
silício laminado em “U” duas bobinas. Uma 
de 200 espiras, usada como enrolamento 
primário, e outra de 400 espiras, usada 
como secundária. 
Em seguida, foi conectada a placa de 
montagem de modo que a fonte fosse 
conectada diretamente na espira primária, 
de maneira que através da placa, o fluxo de 
corrente elétrica fosse monitorado através 
de uma chave; e a lâmpada (conectada a 
placa) fosse conectada aos terminais do 
enrolamento secundário. 
Posteriormente foi feito testes como 
forma de monitorar o que ocorre com a 
lâmpada a medida que a fonte era ligada e 
desligada. 
2.2. Transformador em corrente 
alternada 
Foram usados os seguintes 
componentes: 
 
• 2 núcleos de aço silício laminado 
em “U”; 
• Fonte de corrente 
alternada(220V); 
• Bobina de 800 espiras; 
• Placa de montagem; 
• Cabo de ligação longo; 
• Multímetro (Voltímetro). 
 
Primeiramente foi ligado a bobina 
primária na fonte de 220V, utilizando uma 
chave liga/desliga (através do uso da placa 
de montagem assim ocorreu no 
transformador de corrente continua). Com 
um cabo de ligação longo, foi enrolado 
apenas uma espira no secundário do 
transformador, e em seguida com esse 
mesmo cabo foi ligado a um voltímetro, 
ajustado na escala de 2V, na espira do 
secundário do transformador 
Em seguida, era enrolado o fio no 
secundário de tal forma que originasse 
mais espiras na bobina (assim como 
mostra a figura 3) 
 
Figura 3 Tranformador formado por uma 
bobina e os fios enrolados de um multímetro 
Com isso, à medida que era feito isso, 
era observado os valores de tensão 
(partindo da primeira espira) e anotado os 
valores em uma tabela. 
2.3. Relação de transformação 
Foram usados os seguintes 
componentes: 
• Bobina de 800 espiras; 
• Bobina de 200/400/600; 
• Fonte alternada de 220V; 
• Placa de montagem; 
• 2 núcleos de aço silício laminado 
em “U”; 
• 2 multímetros (Voltímetro e 
Amperímetro). 
Inicialmente, foram conectados um 
voltímetro tanto no primário quanto no 
secundário do transformador, na escala de 
750V. Após colocar a chave liga-desliga 
em série com a bobina primária do 
transformador, foi acoplado aos 2 núcleos 
o primário, com 800 espiras, à tomada 
contendo a tensão de 220V, a ao 
secundário, inicialmente, a com 200 
espiras. Foram feitas leituras da tensão V1 
e V2 à medida que eram alternadas as 
espiras do secundário (de 200 espiras para 
400 espiras e em seguida trocada para 600 
espiras). 
2.4. Campo magnético próximo a 
condutores percorridos por 
corrente elétrica de alta 
intensidade 
Foram usados os seguintes 
componentes: 
• 01 bobina de 800 espiras; 
• 01 bobina de 5 espiras; 
• mesa articulável em acrílico com 
fixador plástico; 
• 04 condutores; 
• Placa de montagem; 
• Limalha de ferro. 
Primeiro, foi montado o transformador 
com 400 espiras no primário e 5 espiras no 
secundário; em seguida foi conectado os 
terminais do secundário ao condutor 
retilíneo, assim como mostra a figura 
abaixo.Figura 4 [1] condutor retilíneo, [2] condutores 
anti paralelos, [3] condutores paralelos, [4] 
interior de um solenóide 
Logo após foi conectado, através da 
placa de montagem, a chave liga-desliga 
em série com a bobina primária do 
transformador, para que após fosse ligado 
a tomada, em 127 V, como fonte desse 
transformador. 
Em seguida foi espalhado uma fina 
camada de limalha de ferro sobre a placa, 
ligado por alguns segundos o primário do 
transformador e observado a configuração 
assumida pela limalha sobre a placa. 
Assim como mostra a figura 4, esse 
procedimento foi repetido para os 4 
condutores apresentados. 
3. Resultados e discussão 
3.1. Transformador em corrente 
contínua 
 
 
Figura 5 [1] chave ligada e desligada em 
intervalos grandes, [2] chave ligada e desligada 
em intervalos pequenos. 
Inicialmente para o caso 1, onde a 
chave foi ligada e desligada em intervalos 
consideravelmente grandes, pela figura 5, 
nada foi notado ou percebido pela 
lâmpada. Entretanto, para o caso 2 onde a 
chave foi ligada e desligada repetidamente 
em intervalos curtos de tempo, houve 
reação por parte da lâmpada, 
demonstrando acender cada vez que o 
intervalo de tempo entre desligar e ligar 
diminuía. 
Isso ocorreu pois assim como foi 
salientado na introdução, o transformador 
por necessitar de uma variação no fluxo 
magnético, ele no fim acaba que só 
funciona na presença de uma corrente 
alternada. Logo, ao desligar a chave de 
forma frenética, a intensidade e a direção 
da corrente elétrica variaram ciclicamente, 
se tornando dessa forma em uma corrente 
alternada, permitindo dessa forma, a 
passagem de corrente elétrica do 
secundário para a lâmpada. 
 
3.2. Transformador em corrente 
alternada 
 
À medida que se enrolava as espiras, foi 
observado o comportamento da tensão no 
secundário e montado uma tabela a partir 
disso 
 
Tabela 1 Relação entre Tensão do secundário 
e numero de espiras da bobina 
𝑵𝟐 𝑽𝟐 ±𝑽𝟐
* 𝑽𝟐
𝑵𝟐
⁄ ±
𝑽𝟐
𝑵𝟐
⁄ ** 
1 0,315 0,004 0,315 0,004 
2 0,636 0,006 0,317 0,003 
3 0,945 0,009 0,315 0,003 
4 1,265 0,011 0,316 0,003 
5 1,617 0,014 0,323 0,003 
6 1,935 0,016 0,323 0,003 
*incerteza dada como 0,08% do valor original 
somado com 5 vezes a menor divisão da escala 
(0,001 V) 
** Incerteza dada pela formula geral para 
propagação de incerteza; 𝝈 = √(
𝝏
𝝏𝐕𝟐
𝝈𝐕𝟐)
𝟐
 
 
Com a construção da tabela é possível 
observar que quanto maior o numero de 
espiras no secundário maior será sua 
tensão. De certa forma, é justificável visto 
que assim como é mostrado na expressão 
3, quando 𝑁2 > 𝑁1, então 𝑉2 > 𝑉1 , logo 
dessa forma dizemos que o transformador 
elevou a tensão. 
Quanto a razão 
𝑉2
𝑁2
⁄ é reconhecível, 
visto a faixa de incerteza, que o valor se 
torne constante ao longo da tabela, já que 
ainda de acordo com a expressão 3 ele a 
medida que aumenta o numero de espiras 
e tensão tem que continuar igual a razão 
entre a tensão inicial e o numero de espiras 
do primário. 
 
3.3. Relação de transformação 
 
Com as experiencias obtidas foi 
possível produzir uma tabela: 
 
 
Tabela 2 Dados referentes a tensão do primário e secundário e seus números de espiras 
𝑁1 𝑁2 𝑉1 ±𝑉1* 𝑉2 ±𝑉2 
𝑁1
𝑁2
⁄ 
𝑉1
𝑉2
⁄ ±
𝑉1
𝑉2
⁄ ** 
800 
200 220 13 54 11 4 4,1 0,8 
400 220 13 107 11 2 2,1 0,2 
600 221 13 162 12 1,3 1,4 0,2 
*incerteza dada como 1,2% do valor medido somado com 10 vezes a menor divisão da escala 
(1 V) 
**Incerteza dada pela formula geral para propagação de incerteza; 
 𝝈 = √(
𝝏
𝝏𝑽𝟐
𝝈𝑽𝟐)
𝟐
+ (
𝝏
𝝏𝑽𝟏
𝝈𝑽𝟏)
𝟐
 
 
É possível visualizar que à medida que 
aumenta o numero de espiras no 
secundário, maior é a tensão que resulta 
na bobina; e dessa forma é justificável já 
que pela razão, mostrada na expressão 4, 
𝑁2
𝑁1
⁄ é possível ver que quanto maior 𝑁2 
maior será a tensão final. 
Outro ponto a ressaltar é a relação entre 
𝑁1
𝑁2
⁄ e 
𝑉1
𝑉2
⁄ . Pela expressão 4, isso é 
evidente que o quociente do número de 
espiras nas bobinas primária e secundária 
e o quociente tensão no primário e tensão 
no secundário devem permanecer iguais; e 
levando em consideração a faixa de 
incerteza, é provável que ao longo das 
medições essa relação continuou sendo a 
mesma. 
3.4. Campo magnético próximo a 
condutores percorridos por 
corrente elétrica de alta 
intensidade 
Com o registro de fotos acerca dos 
condutores cobertos com limalha, foi 
possível observar uma configuração 
assumida pela limalha sobre a placa, onde 
comparando-se com desenhos ilustrativos, 
conseguiu-se visualizar sobre a placa uma 
aproximação do que seria o campo 
magnético gerado pela corrente elétrica 
que circulava os condutores. 
 
Figura 6 Ao lado direito o campo magnético 
esperado de um condutor retilíneo, e ao esquerdo 
o que realmente foi obtido 
Aplicando a regra da mão direita, pelo 
sentido da corrente, podemos ver que o 
campo magnético se configura em algo 
circular e para o condutor retilíneo, 
podemos ver que ele se assemelhou bem 
ao esperado. 
 
Figura 7 Ao lado direito o campo magnético 
esperado de um condutor antiparalelo, e ao 
esquerdo o que realmente foi obtido 
Com relação ao campo magnético 
originado nos condutores antiparalelos, o 
esperado era oque ocorreu na ilustração da 
figura 7; circular nas bordas do condutor e 
um pouco retilíneo ao se afastar delas. 
Como as hastes estão bem próximas, é 
esperado que o campo fique mais circular 
no meio, assim como ocorreu com a 
limalha mostrado na figura 7.
 
Figura 8 Ao lado direito o campo magnético 
esperado de um condutor paralelo, e ao esquerdo 
o que realmente foi obtido 
Com os condutores paralelos, a 
configuração não ficou tão evidente. Assim 
como mostra na figura 8, o esperado era 
algo circular nas bordas do condutor. 
Entretanto, analisando pela prática, 
percebeu-se resquícios do que seria o 
campo magnético, apresentando uma 
pequena configuração circular na haste 
esquerda.
 
Figura 9 Ao lado direito o campo magnético 
esperado de um condutor solenoide, e ao 
esquerdo o que realmente foi obtido 
 Assim como ocorreu no condutor 
acima, no solenoide também não foi muito 
evidente; o campo magnético esperado era 
o mostrado a direita na figura 9; analisando 
a prática percebeu-se pequenas ranhuras 
paralelas formadas pela limalha; resquícios 
de uma parte do era para ser o campo 
magnético em si. 
4. Conclusão 
Com a experimentação do 
transformador posto em fonte continua, foi 
possível ver em prática como de fato o seu 
funcionamento só se deu a partir do 
momento que houve ligamento e 
desligamento frenético da chave, 
permitindo dessa forma a passagem de 
uma corrente alternada pelo aparato; 
demonstrando que um transformador só 
funciona nessas condições; e de fato é 
válido essa suposição, visto que assim 
como foi salientado na introdução o 
aparato precisa de corrente alternada 
como forma de gerar um fluxo magnético 
alternado no núcleo, para só assim em 
seguida, pela lei de Faraday, gerar uma 
Fem capaz de gerar uma corrente 
alternada na secundária, e assim poder 
alimentar o aparelho ligado a bobina. 
Com relação as linhas de campo 
magnético gerado pela limalha, 
infelizmente percebeu-se pouca atuação 
do pó de ferro, não deixando claro como de 
fato eram as linhas do campo magnético. 
Levando em consideração a expressão 5, 
leva-se a crer que talvez fosse mais 
perceptível se fosse usada uma bobina no 
secundário com um maior numero de 
espiras, oque resultaria em uma maior 
tensão, em consequência, um maior fluxo 
de corrente elétrica que mais uma vez 
geraria um campo magnético proporcional 
à essa maior intensidade de corrente 
gerada. 
5. Referências 
[1] H. D. Young, R. A. Freedman., F. W. Sears, & 
M. W Zemansky. (2009). Sears e Zemansky física 
III: eletromagnetismo. Pearson. 12° edição.366.