Determine se a seguinte afirmação é verdadeira ou falsa: O transformador elétrico submetido à uma corrente contínua no enrolamento primário gera um fluxo magnético contínuo no núcelo. Nesse caso, o transformador não cumpre o seu propósito, visto que não será induzida tensão no enrolamento secundário. Resposta: verdadeira.
Passo 1
O enunciado afirma que um transformador elétrico submetido a uma corrente contínua no enrolamento primário gera um fluxo magnético contínuo no núcleo, e que, nesse caso, o transformador não cumpre o seu propósito, visto que não será induzida tensão no enrolamento secundário. A pergunta é se essa afirmação é verdadeira ou falsa. As informações dadas são: aplicação de corrente contínua (DC) ao primário, a consequente geração de fluxo contínuo no núcleo, e a ausência de tensão induzida no secundário.
Passo 2
Vamos analisar a lei fundamental da indução, que é dada por:
onde:
-
é a tensão instantânea induzida (em volts), -
é o número de espiras do enrolamento, -
é o fluxo magnético que atravessa cada espira (em webers), -
é a taxa de variação temporal do fluxo.
Essa lei nos diz que a tensão induzida só aparece se o fluxo magnético que passa pelas espiras estiver mudando com o tempo.
Passo 3
No caso de corrente contínua, se a corrente no primário for perfeitamente constante no tempo (DC estacionária), o fluxo magnético no núcleo também tende a um valor constante
, e pela fórmula:
Isso significa que, em regime DC estacionário, não existe tensão induzida no secundário, o que confirma a parte da afirmação que diz “não será induzida tensão no enrolamento secundário”.)
Passo 4
Ademais, a afirmação “gera um fluxo magnético contínuo no núcleo” também é verdadeira. Pela Lei de Ampère, temos que a corrente produz força magnetomotriz:
onde
é a corrente do primário e
gera um fluxo
que depende da relutância do caminho magnético do núcleo. Para corrente DC
constante, a força magnetomotriz é constante e o núcleo terá um fluxo (quase) constante. Portanto, a afirmação de que existe fluxo contínuo é correta.
Passo 5
Em termos de consequências práticas:
- O fluxo contínuo pode deslocar o ponto de operação no ciclo de magnetização (curva
vs ), podendo levar o núcleo à saturação se o valor do fluxo DC for grande o suficiente. Em saturação, a permeabilidade efetiva cai muito e a corrente necessária para manter esse fluxo aumenta fortemente. - A corrente no primário pode crescer muito (limitada apenas pela resistência do enrolamento), provocando aquecimento e possível dano.
- Em regime DC estacionário, não há transferência útil de potência por indução magnética, confirmando que o transformador “não cumpre o propósito” de transformar/induzir tensão.
Passo 6
É importante notar que, durante a transição de um degrau de corrente DC ou ao inserir a tensão no primário, existe variação de corrente e, portanto, variação de fluxo (
temporariamente). Durante esse curto intervalo, aparece tensão induzida no secundário e podem surgir picos. No entanto, isso é transitório e, no regime permanente DC, a tensão induzida cai a zero.
Passo 7
Em casos mistos, se houver corrente DC superposta a uma componente alternada (
), o componente DC desloca o ponto de operação do fluxo e pode assimetrizar a excursão do fluxo ao longo do ciclo AC, produzindo:
- distorção da forma de corrente e tensão (geralmente harmônicos, especialmente segunda harmônica),
- aumento de corrente de magnetização e aquecimento,
- possível saturação parcial no semiciclo, levando a ruído e danos.
Isso demonstra por que transformadores não toleram DC no primário: além de não induzir tensão útil em regime DC, o DC prejudica o funcionamento com AC.
Passo 8
Em resumo: (1) a tensão induzida é proporcional a
; (2) a corrente DC gera fluxo praticamente constante (
); (3) portanto, a tensão induzida no secundário é zero em regime DC; (4) existe fluxo contínuo no núcleo, o qual pode causar saturação e aquecimento; (5) por isso, o transformador não exerce sua função de induzir tensão em regime DC e pode ser danificado. Isso corresponde exatamente ao que a afirmação diz. Portanto, a afirmação é verdadeira.
Resposta
Verdadeira.