Roteiro Experiência 11 Transformadores - udesc

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE FÍSICA – DFIS
FÍSICA EXPERIMENTAL 3001
EXPERIÊNCIA 11
TRANSFORMADORES
1. OBJETIVOS
1.1. Objetivo Geral
Familiarizar os acadêmicos com o uso de resistores ôhmicos e não ôhmicos.
1.2. Objetivos Específicos
a) Apresentar aos acadêmicos a técnica para determinação de resistência elétrica de um
resistor linear (ôhmico).
b) Apresentar aos acadêmicos a técnica para determinação da curva característica de um resistor não
linear (não ôhmico).
2. MATERIAIS
Fonte de tensão.
Bobina com 1600 espiras.
Bobina com 400 espiras.
Entreferros.
Dois multímetros analógicos.
Lâmpada de 12 V.
Chave elétrica.
Fios elétricos.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Reforçamos aqui os cuidados que devem ser tomados na utilização de multímetros.
Um cuidado preliminar na utilização de um multímetro consiste na escolha da escala
adequada para a leitura. Quando o valor máximo da leitura é conhecido, tal escolha é
imediata. Quando isto não for possível, colocamos a chave seletora no fundo de escala
máximo. A seguir, quando for o caso, reduzimos o fundo de escala até obtermos uma deflexão
suficiente do ponteiro.
Um cuidado adicional que devemos tomar é com o uso correto da polaridade do
multímetro. Devemos sempre nos lembrar que o ponto “terra” do multímetro deve ser ligado
no ponto do circuito onde o potencial elétrico é menor.
Por fim, não ligue as fontes de tensão sem que o professor tenha feito a conferência do
circuito.
3.1. Transformador em Corrente Contínua
Para a realização desta parte do experimento, siga os procedimentos abaixo.
a) Monte o circuito elétrico da Figura 1. Para tal, conecte o lado do transformador
ocupado pela bobina de 1600 espiras aos terminais de alimentação DC (corrente contínua) da fonte
de tensão. Como sabemos o lado do transformador ligado à fonte de tensão é chamado de circuito
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primário. Por sua vez, o outro lado é chamado de circuito secundário. Mantenha a fonte de tensão
DESLIGADA. Mantenha também a chave na posição DESLIGADA.
b) Ajuste o voltímetro do circuito secundário para o menor fundo de escala (1 V DC).
c) Com a supervisão do professor, ligue a fonte de tensão.
d) Feche a chave no circuito primário e observe o que acontece com os ponteiros dos
medidores. Anote esta observação em seu caderno de laboratório.
e) Agora abra a chave no circuito primário e observe o que acontece com os ponteiros
dos medidores. Anote esta observação em seu caderno de laboratório.
Figura 1: Montagem do transformador com seus circuitos primário e secundário sem carga.
3.2. Medidas de Tensão Elétrica em um Transformador em Corrente Alternada
Para a realização desta parte do experimento, siga os procedimentos abaixo.
a) Repita a montagem do circuito elétrico da Figura 1 conectando agora o lado do
transformador ocupado pela bobina de 400 espiras aos terminais de alimentação 6 V AC (corrente
alternada) da fonte de tensão. Mantenha a fonte de tensão DESLIGADA. Mantenha também a
chave na posição DESLIGADA.
b) Ajuste tanto o voltímetro do circuito secundário como o do circuito primário para
medição de tensão alternada.
c) Com a supervisão do professor, ligue a fonte de tensão.
d) Feche a chave no circuito primário e meça ambas as tensões registradas nos
voltímetros. Apresente estas medidas nos Resultados de seu relatório. Não se esqueça de anotar a
medida do erro correspondente a estas medidas.
e) Inverta os papéis desempenhados pelas bobinas do transformador, isto é, conecte a
bobina de 400 espiras na fonte de tensão (6 V AC).
f) Feche a chave no circuito primário e meça ambas as tensões registradas nos
voltímetros. Apresente estas medidas nos Resultados de seu relatório. Não se esqueça de anotar a
medida do erro correspondente a estas medidas.
g) Repita os procedimentos acima conectando agora o lado do transformador ocupado
pela bobina de 400 espiras aos terminais de alimentação 12 V AC (corrente alternada) da fonte de
tensão.
h) Repita os procedimentos acima conectando também o lado do transformador ocupado
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pela bobina de 1600 espiras aos terminais de alimentação 12 V AC (corrente alternada) da fonte de
tensão.
3.3. Medidas de Correntes Elétricas em um Transformador em Corrente Alternada
alimentando uma Lâmpada
Para a realização desta parte do experimento, siga os procedimentos abaixo.
a) Monte o circuito elétrico da Figura 2., conectando o lado do transformador ocupado
pela bobina de 1600 espiras aos terminais de alimentação 6 V AC (corrente alternada) da fonte de
tensão, e a lâmpada de 12 V no circuito secundário. Mantenha a fonte de tensão DESLIGADA.
Mantenha também a chave na posição DESLIGADA.
b) Ajuste tanto o amperímetro do circuito secundário como o do circuito primário para
medição de corrente alternada.
c) Com a supervisão do professor, ligue a fonte de tensão.
d) Feche a chave no circuito primário e meça ambas as correntes elétricas registradas
nos amperímetros. Apresente estas medidas nos Resultados de seu relatório. Não se esqueça de
anotar a medida do erro correspondente a estas medidas.
Figura 1: Montagem do transformador com seus circuitos primário e secundário com carga.
e) Ainda com a chave fechada, meça também tanto a tensão elétrica fornecida pelo
circuito primário, quanto a tensão elétrica transferida para o circuito secundário. Apresente estas
medidas nos Resultados de seu relatório. Não se esqueça de anotar a medida do erro correspondente
a estas medidas.
f) Inverta os papéis desempenhados pelas bobinas do transformador, isto é, conecte a
bobina de 400 espiras na fonte de tensão (6 V AC).
g) Feche a chave no circuito primário e meça ambas as correntes elétricas registradas
nos amperímetros. Apresente estas medidas nos Resultados de seu relatório. Não se esqueça de
anotar a medida do erro correspondente a estas medidas.
h) Ainda com a chave fechada, meça também tanto a tensão elétrica fornecida pelo
circuito primário, quanto a tensão elétrica transferida para o circuito secundário. Apresente estas
medidas nos Resultados de seu relatório. Não se esqueça de anotar a medida do erro correspondente
a estas medidas.
f) Repita os procedimentos anteriores agora conectando o lado do transformador
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ocupado pela bobina de 400 espiras aos terminais de alimentação 12 V AC (corrente alternada) da
fonte de tensão, e a lâmpada de 12 V no circuito secundário.
h) Repita os procedimentos acima conectando também o lado do transformador ocupado
pela bobina de 1600 espiras aos terminais de alimentação 12 V AC (corrente alternada) da fonte de
tensão.
4. TRATAMENTO DOS DADOS
Esta experiência envolve medidas elétricas de corrente elétrica e diferença de potencial
elétrica. Desta forma, o tratamento dos dados tem que levar em conta os valores dos erros
associados a cada medida, bem como a sua propagação.
4.1. Medidas de Tensão Elétrica em um Transformador em Corrente Alternada
Para as duas situações propostas neste item do roteiro experimental, construa uma tabela
(Tabela 1) na qual apareçam as medidas da tensão elétrica do circuito primário, a tensão elétrica do
circuito secundário e a razão entre elas. Acrescente a esta tabela a razão entre o número de espiras
do circuito primário e o número de espiras do circuito secundário. Apresente esta tabela no
Tratamento de Dados de seu relatório.
Na construção desta tabela não se esqueça de escrever as medidas com os seus
respectivos erros experimentais.
Não se esqueça de também de utilizar os conceitos de propagação de erro quando
calcular a razão entre as tensões no circuito primário e no circuito secundário.
Para o caso da razão entre VP e VS, temos que
V
∆ P
 VS
 VP
 =
 VS
 ∆V
∆VS
⋅  P +
VS
 VP



1
Demonstre a Equação 1 nos Anexos de seu relatório.
4.2. Medidas de Correntes Elétricas em um Transformador em Corrente Alternada
alimentando uma Lâmpada
Para as três situações propostas neste item do roteiro experimental, construa uma tabela
(Tabela 2) na qual apareçam as medidas da tensão elétrica do circuito primário, a tensão elétrica do
circuito secundário e a razão entre elas. Coloque na mesma tabela a corrente elétrica que flui no
circuito primário, a corrente elétrica que flui no circuito secundário e a razão entre elas. Acrescente
a esta tabela a razão entre o número de espiras do circuito primário e o número de espiras do
circuito secundário.
Na construção desta tabela novamente não se esqueça de escrever as medidas com
os seus respectivos erros experimentais.
Não se esqueça de também de utilizar os conceitos de propagação de erro quando
calcular a razão entre as tensões no circuito primário e no circuito secundário.
Para o caso da razão entre IP e IS, temos que
I
∆ P
 IS
 I P  ∆I P ∆I S
 =
⋅ 
+
IS
 IS  IP



2
Demonstre a Equação 2 nos Anexos de seu relatório. Para a razão VP/VS no caso da existência da
lâmpada no circuito, o erro propagado pode ser calculado usando a Equação 1.
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5. DISCUSSÃO
Na seção Discussão dos Resultados procure fazer uma análise dos resultados obtidos. Discuta
os resultados frente às expectativas oriundas do modelo teórico considerado.
Discuta também as principais fontes de erro que devem ser levadas em conta neste
experimento. Lembre-se aqui, que mais importante do que os equipamentos usados no experimento,
é a forma como ele foi conduzido.
5.1. Transformador em Corrente Contínua
Na situação em que ligamos o transformador em corrente contínua, discuta a em que
condição aparece uma tensão elétrica no circuito secundário.
Discuta a razão pela qual esta tensão elétrica é nula a maior parte do tempo.
5.2. Medidas de Tensão Elétrica em um Transformador em Corrente Alternada
A partir da análise dos resultados da Tabela 1, discuta a relação entre a razão do número
de espiras do circuito primário e do circuito secundário e a razão entre as tensões elétricas nestes
mesmos circuitos.
Discuta qual é a característica da corrente alternada a partir da qual podemos explicar o
aparecimento de uma tensão elétrica no circuito secundário, mesmo estando este desconectado
eletricamente do circuito primário.
5.3. Medidas de Correntes Elétricas em um Transformador em Corrente Alternada
alimentando uma Lâmpada
A partir da análise dos resultados da Tabela 2, discuta a relação entre a razão do número
de espiras do circuito primário e do circuito secundário e a razão entre as tensões elétricas e as
correntes elétricas nestes mesmos circuitos.
6. BIBLIOGRAFIA
6.1. HALLIDAY, D. e RESNICK, R. – Fundamentos da Física – Volume 3 – 4a Edição;
Capítulo 36 (Correntes Alternadas); Livros Técnicos e Científicos Editora S.A – 1998.
6.2. NUSSENZVEIG, H.M. – Curso de Física Básica – Volume 3 – 1a Edição; Capítulo 10
(Circuitos); Editora Edgard Blücher – 2000.
6.3. SEARS, F. S.; ZEMANSKI, M. W.; YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. – Física III
(Eletromagnetismo) – 1a Edição – Capítulo 32 (Corrente Alternada) – Addison Wesley – 2004.
6.4. VÁRIOS – Apostila de Física Experimental – Setor de Cópias do CCT-UDESC.