Transformadores

Física

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Transformadores são dispositivos eletrônicos que transferem energia elétrica de um circuito elétrico para outro ou até mesmo entre vários circuitos. A passagem de uma corrente elétrica alternada em qualquer uma das duas bobinas de um transformador gera um fluxo magnético variável em seu núcleo metálico, causando o surgimento de uma força eletromotriz induzida na outra bobina. É por meio da lei de indução de Faraday, descoberta em 1831, que se descreve o efeito da tensão elétrica induzida nas bobinas dos transformadores em razão das mudanças no fluxo de campo magnético.

Ademais, entender o funcionamento dos transformadores, que são aplicações tecnológicas diretamente derivadas do estudo da indução de Faraday, tem grande importância para a compreensão de importantes conceitos do eletromagnetismo.

Veja também: Indução eletromagnética – o princípio de funcionamento dos transformadores

O que é um transformador e para que serve?

Transformador é um aparelho capaz de abaixar ou diminuir a tensão e a corrente elétrica fornecidas a um circuito elétrico qualquer. Operam exclusivamente com correntes alternadas e sua capacidade de aumentar ou reduzir uma tensão elétrica está diretamente relacionada com a quantidade de voltas em que um fio condutor é enrolado em torno de duas extremidades de um núcleo de ferro, chamadas de enrolamentos primário e secundário.

Esse núcleo de ferro geralmente é construído em formato retangular ou ainda em formato de U. Além disso, também é comum que seja constituído como uma combinação de diversas lâminas de ferro, colocadas em contato próximo, de modo a evitar maiores perdas de energia.

Transformadores são usados para abaixar ou aumentar a tensão ou a corrente elétrica.
Transformadores são usados para abaixar ou aumentar a tensão ou a corrente elétrica.

Como funciona o transformador?

O funcionamento dos transformadores é baseado em um fenômeno físico conhecido como indução eletromagnética, descoberto por Michael Faraday e descrito por meio da lei de Faraday-Neumann-Lenz.

A passagem da corrente elétrica através do enrolamento principal de um transformador dá origem a um campo magnético oscilante. Esse campo magnético variável propaga-se com maior facilidade no interior do núcleo de ferro, por isso é conduzido em direção ao enrolamento secundário, induzindo assim a formação de uma corrente elétrica alternada nesse enrolamento.

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A relação entre o número de espiras de cada enrolamento indica se há aumento ou redução na intensidade da corrente e da tensão elétrica. Se o número de voltas em cada enrolamento é igual, tanto a corrente quanto a tensão elétrica são iguais em intensidade nos circuitos primário e secundário, entretanto se o número de voltas no enrolamento primário é maior que no enrolamento secundário, a tensão elétrica nesse segundo enrolamento será menor e a corrente elétrica, consequentemente, aumentará na mesma medida em que a tensão que for reduzida.

A parte da potência elétrica que não é transmitida entre os enrolamentos do transformador geralmente se transforma em calor dissipado, em razão do efeito Joule. Por esse motivo, os transformadores costumam ser embebidos em fluidos de alta capacidade térmica, que dificilmente se aquecem e, portanto, regulam a temperatura de operação desses aparelhos. Vale dizer que os transformadores destacam-se como dispositivos elétricos de grande eficiência energética, uma vez que o rendimento médio desses dispositivos facilmente atinge 96% a 99%.

O pequeno percentual de energia que se dissipa nos transformadores deve-se principalmente à histerese magnética do núcleo de ferro e ao surgimento de correntes parasitas (ou correntes de Foucault).

Veja também: Qual é a diferença entre condutores e isolantes?

Fórmulas dos transformadores

A principal fórmula utilizada para os transformadores é aquela que relaciona a tensão elétrica e o número de enrolamentos nos circuitos primário e secundário. Veja:

UP e US – tensão elétrica nos enrolamentos primário e secundário

NP e NS – número de voltas nos enrolamentos primário e secundário

Além da fórmula acima, há uma fórmula que relaciona a corrente elétrica nos enrolamentos com o número de voltas:

iP e iS – correntes elétricas nos enrolamentos primário e secundário

Exercícios resolvidos sobre transformadores

Questão 1 - (Acafe) Tasers são armas de eletrochoque que usam uma corrente elétrica para imobilizar pessoas que estejam representando alguma ameaça a alguém ou à ordem pública. O sistema interno da arma cria e trata a corrente elétrica que será descarregada por meio dos fios de cobre. Capacitores, transformadores e baterias são peças fundamentais nesse processo.

Fonte: Disponível em: < https://www.tecmundo.com.br/infografico/12216-a-tecnologia-das-armas-taser-infografico-.htm>. Adaptada. Acesso em: 03 de set. 2017.

Nesse sentido, assinale a alternativa correta que completa as lacunas das frases a seguir:

O transformador é um equipamento elétrico que tem seu princípio de funcionamento baseado na __________. A bateria é uma fonte de energia que transforma energia __________ em energia elétrica. O capacitor é um dispositivo que armazena __________.

a) Lei de Coulomb - térmica - campo magnético

b) Lei de Lenz - luminosa - corrente elétrica

c) Lei de Faraday - química - cargas elétricas

d) Lei de Newton - magnética - resistência elétrica

Gabarito: letra C.

Os transformadores são equipamentos baseados nas leis de Faraday e Lenz. As baterias são dispositivos que transformam a energia química em energia elétrica por meio de reações espontâneas de oxirredução. Capacitor é um dispositivo eletrônico cuja função básica é armazenar cargas elétricas, consequentemente é um acumulador de energia potencial elétrica.

Questão 2 - (Uerj) O princípio físico do funcionamento de alternadores e transformadores, comprovável de modo experimental, refere-se à produção de corrente elétrica por meio da variação de um campo magnético aplicado a um circuito elétrico.

Esse princípio se fundamenta na denominada lei de:

a) Newton

b) Ampère

c) Faraday

d) Coulomb

Gabarito: letra C. A lei de indução de Faraday afirma que a variação do fluxo magnético através de um condutor, como uma bobina, resulta na produção de uma força eletromotriz induzida.


Por Rafael Helerbrock
Professor de Física 

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Transformadores"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/transformadores.htm. Acesso em 02 de dezembro de 2020.

Lista de Exercícios
Questão 1

Marque a alternativa ERRADA.

a) Transformadores são dispositivos eletromagnéticos que transformam o valor da tensão elétrica alternada, aplicada em sua entrada, para uma tensão alternada diferente na saída.
b) Os transformadores podem ser usados tanto para aumentar quanto para diminuir o valor da tensão.
c) Um transformador consiste em duas bobinas enroladas no mesmo núcleo de ferro.
d) Um transformador consiste em uma bobina enrolada em dois núcleos de ferro.
e) Em transformadores com dois enrolamentos, é comum denominá-los de enrolamento primário e enrolamento secundário. 

Questão 2

Uma máquina de solda elétrica precisa operar com uma corrente elétrica de 400 A para que haja potência dissipada suficiente para fundir as peças metálicas. A potência necessária é dada por P =R.i2, onde R é a resistência dos eletrodos de solda. Com a intenção de obter esse valor de corrente elétrica, utiliza-se um transformador, que está ligado a uma rede elétrica cuja tensão vale 110 V, e pode fornecer um máximo de 40 A. Qual deve ser a razão do número de espiras entre o enrolamento primário e o secundário do transformador, e qual a tensão de saída?

a) N1/N2 = 5; V = 9
b) N1/N2 = 10; V = 11
c) N1/N2 = 15; V = 15
d) N1/N2 = 20; V = 20
e) N1/N2 = 25; V = 22

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