Lei dos transformadores e seu princípio de funcionamento Os

Lei dos transformadores e seu princípio de funcionamento
Os transformadores operam segundo a lei de Faraday ou primeira lei do
eletromagnetismo.
Primeira lei do eletromagnetismo
Uma corrente elétrica é induzida em um circuito se este estiver sob a
ação de um campo magnético variável.
Um campo magnético é uma região do espaço induzida por qualquer carga
em movimento, como a corrente elétrica (i) que corresponde a elétrons em
movimento, ou por algum material com propriedades específicas, como o ímã.
Como visto anteriormente, cada carga elétrica cria em torno de si um campo
elétrico com linhas de campo elétrico entrando (carga negativa) ou saindo
(carga positiva). De modo análogo o imã e uma carga em movimento criam
um campo magnético (B), porém sempre suas linhas de campo saem de um
polo norte (positivo) e chegam em um polo sul (negativo), mostrando assim
dois polos simultaneamente, como mostrado na Figura 1.
A terra também gera um campo magnético devido a seu núcleo formado por
ferro e níquel, possuindo assim polos norte e sul. E este é o princípio de
funcionamento da bússola, instrumento de localização, que nada mais é que
um ímã com seu norte apontando sempre para norte geográfico da terra (ou
sul magnético), como observado na Figura 2.
Linhas de campo magnético
i
B)
Ímã
A)
Fio enrolado passando
corrente elétrica (i)
Corrente elétrica (i) = Carga em movimento
Fio enrolado = Conjunto de espiras
Figura 1
Campo magnético gerado pelo ímã (A) e por carga em movimento
(B).
Achar os pólos norte e sul e a direção do campo magnético !!!!⃗
(𝐵 ) Ímã
Espira
Colocar sobre limalha de ferro e observar as
linhas de campo magnético formadas
Regra da mão direita
i
S
N
!⃗
𝐵
Bússola = ímã em forma de agulha que gira sobre
Polegar = no sentido da corrente elétrica (i)
um referencial de posicionamento (norte, sul, leste,
!!!!⃗ )
Fechamento mão = sentido campo magnético (𝐵
oeste)
Pólo norte geográfico
Pólo norte geográfico
Pólo sul magnético
Pólo sul magnético
N
O
S
Globo
L
Terrestre
!⃗
𝐵
S
Bússola
i
N
Pólo sul geográfico
Pólo sul geográfico
Pólo norte magnético
Pólo norte magnético
Seu norte aponta para o polo sul magnético da terra (chamado
polo norte geográfico para facilitar a orientação pela bússola,
norte da bússola indicando norte geográfico da terra da terra)
linhas de campo saem de um pólo norte (N) e
chegam a um pólo sul (S)
O norte da bússola aponta para o sul magnético da terra pois:
Se atraem
N
S
N
S
S
N
S
i
N
S
Se repelem
N
S
S
Figura 2
N
S
N
N
S
Descobrindo as linhas de campo magnético e sua direção.
N
Uma carga em movimento está sempre associada a um campo magnético ao
seu redor – e essa carga pode sofrer a influência de um campo magnético
associado à outra carga também em movimento ou algum ímã. Por exemplo,
uma espira passando corrente elétrica gera campo magnético e se inserida
perto de um ímã que também tem seu próprio campo magnético, eles
sofrerão uma interação denominada força magnética (F), que gira esta
espira. Esta força é vetorial, ou seja, é caracterizada por uma direção e
sentido.
Se a corrente elétrica que passa pelos fios variar (corrente alternada)
produzirá um campo magnético variável, de acordo com a primeira lei do
eletromagnetismo. Por isso, os transformadores são alimentados com
correntes (i) alternadas senoidais de frequência (f) de 60 Hz, que é o tipo de
corrente fornecida pelas redes elétricas de um hospital ou clínica, como
observado nas Figura 3 Figura 4.
Corrente alternada
Corrente contínua
(onda senoidal)
(reta)
Corrente alterna seu valor em positivo
Corrente mantém mesmo valor
e negativo ao longo do tempo
positivo ao longo do tempo
Figura 3
Diferenças entre corrente contínua e alternada.
f = Número de ciclos em um
intervalo de tempo específico
Figura 4
Se for ciclos por segundo (s), a
unidade utilizada é a Hertz (Hz)
Frequência de uma corrente alternada.
Um transformador são fios enrolados em torno de cada lado de um núcleo de
ferro, formando de um lado uma bobina primária e do
outro
uma
1
secundária. Este núcleo é curvado para que não tenha saída de linhas de
campo magnético devido às bordas e este campo se mantenha no centro do
núcleo, como mostrado na Figura 5.
Assim, uma corrente alternada na bobina primária produz um campo
magnético que passará através do centro da bobina secundária e induzirá
uma corrente alternada nesta. Os valores produzidos de corrente e tensão
pelo transformador seguem a lei dos transformadores, demonstrando que a
razão das tensões é proporcional à razão entre o número de voltas das
espiras, e inversamente proporcional à razão de correntes, como pode ser
observado na Figura 5.
Bobina secundária
Bobina primária
Núcleo de ferro
=?
110 V =
= 0,5 A
=?
=4
=8
Vp = Tensão bobina primária
VS = Tensão bobina secundária
Ip = Corrente bobina primária
IS= Corrente bobina secundária
Np = Número de voltas bobina primária
NS = Número de voltas bobina secundária
Figura 5
Exemplificação de um transformador e seu funcionamento de acordo com a
lei dos transformadores.
De acordo com a Figura 5 podemos concluir que, se o número de espiras da
bobina secundária for maior do que o da bobina primária, teremos valores
maiores para a tensão e menores de corrente da bobina secundária em
relação à primária, caracterizando assim um transformador elevador de
tensão. Já, se o número de espiras da bobina secundária, for menor do que o
da primária, teremos valores menores de tensão e maiores de corrente da
bobina secundária em relação à primária, caracterizando assim um
transformador abaixador de tensão.