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Transformadores alimentados por uma fonte tensão constante

Bom dia , professor

Uma dúvida sobre o princípio de funcionamento dos transformadores. Uma fonte de tensão de corrente contínua na bobina primária, pode induzir uma tensão a bobina secundária?  E essa tensão seria contínua ou alternada ?

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Para que ocorra fem induzida na bobina secundária de um transformador,  a corrente na bobina primária deve variar no tempo. Esta afirmação é decorrente da aplicação da Lei de Faraday para os transformadores.

Muitas vezes demonstrei em aula este interessante efeito de indução eletromagnética usando uma fonte de corrente contínua. Por intermédio de uma chave que pode ser fechada e depois aberta se consegue por um curto tempo uma corrente variável na bobina primária (I1), produzindo um fluxo magnético variável sobre a bobina secundária e consequentemente a ocorrência de uma tensão induzida (V2). A figura 1 representa o circuito com o transformador que é alimentado por uma fonte de tensão constante que pode ser ligada e desligada.

Como o circuito primário é constituído por uma fonte, possui indutância e resistência elétrica, a corrente na bobina primária aumentará quando a chave é fechada e depois diminuirá quando a chave é aberta. Na figura 2 estão os gráficos da corrente I1 na bobina primária  e da tensão induzida V2  na bobina secundária em função do tempo. Em t0 a chave é fechada e em t1 a chave é aberta.

Esta forma de se produzir uma tensão induzida tem entre outros inconvenientes uma grande perda de energia na chave pois quando ela é aberta ocorre um centelhamento indesejável.

É possível se colocar um capacitor em paralelo com a chave conforme está representado na figura 3.

A introdução do capacitor em paralelo com a chave, além de minimizar o indesejável centelhamento, tem outra consequência importante. Quando a chave é aberta, o circuito primário que na versão sem a chave era um circuito RL, torna-se um circuito RLC, isto é, um circuito oscilante. Desta forma quando a chave é aberta a corrente no primário é uma corrente alternada (usualmente com frequência de centenas ou até de milhares de hertz). Então no circuito secundário é gerada uma tensão alternada na mesma frequência da corrente oscilante no primário conforme está representado na figura 4.

Dispositivos desse tipo produzem, a partir de uma fonte de baixa tensão constante (por exemplo uma bateria de 12 V), alta tensão induzida de muitos milhares de volts, desde que a bobina secundária tenho um grande número de espiras quando comparado ao número de espiras da bobina primária. Uma importante aplicação tecnológica de tal possibilidade foi usada desde muito tempo em motores a combustão, a bobina de ignição, produzindo assim a alta tensão (cerca de 30 kV) necessária para desencadear um centelha elétrica na vela de ignição, deflagradora da combustão da mistura de ar com combustível.

Um aparato utilizado já na primeiira metade do século XIX como gerador de alta tensão passou para a história da ciência com o nome de bobina de Ruhmkorff em honra do cientista Heinrich Ruhmkorff. A chave interruptora do circuito primário é operada por atração magnética (vide aqui o esquema da bobina de Ruhmkorff), abrindo e fechando o circuito com frequência de dezenas de hertz, gerando então um potente centelhamento de alta tensão entre os terminais da bobina secundária.

Mais sobre fem induzida em FEM INDUZIDA.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

 

COMENTÁRIOS DO PROF. ALEXANDRE MEDEIROS (UFRPe)

A Bobina de Ruhmkorff sempre foi um dos meus instrumentos favoritos como exemplo para as RECONSTRUÇÕES HISTÓRICAS que eu realizava tanto em minhas aulas de HISTÓRIA DA FÍSICA com nas aulas de INSTRUMENTAÇÃO PARA O ENSINO DA FÍSICA. Eis um exemplar reconstruido com algumas pequenas adaptações mais modernas; afinal não existia acrílico no século XIX. Rsrsrs …. Os estudantes aprendiam a usar e antes disso a reconstruir os principais aparatos históricos em nossas oficinas na Universidade.

Eis um outro exemplo correlato de RECONSTRUÇÃO HISTÓRICA utilizado em nossas aulas: um indutor de Faraday.

Outro exemplo de RECONSTRUÇÃO HISTÓRICA (um transformador) e um estudante com a mão na massa. Rsrsrs …

 

 


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