1. (Pré-relatório) Explique como se aplicam os princípios físicos no primário e secundário de um transformador, de tal forma que seja possível seu funcionamento. Explique porque o transformador não funciona com corrente contínua.

Passo 1

O enunciado pede para explicar como, num transformador, os princípios de indução eletromagnética atuam no enrolamento primário e no secundário para permitir seu funcionamento, e por que ele não funciona com corrente contínua. O conteúdo principal é a lei de Faraday–Lenz (indução eletromagnética), associada à variação de fluxo magnético num núcleo ferromagnético, e a necessidade de corrente alternada para gerar essa variação.

Passo 2

Quando aplicamos uma tensão alternada \displaystyle V_1(t) ao enrolamento primário (com N_1 espiras), circula uma corrente i_1(t). Essa corrente produz uma força magnetomotriz \displaystyle \mathcal{F}=N_1\,i_1(t) que estabelece um fluxo magnético \Phi(t) no núcleo de material ferromagnético. Como a corrente é alternada, \Phi(t) varia no tempo, e fica aproximadamente proporcional à integral da tensão aplicada, ajustando-se de modo que, em regime, valha
\Phi(t)\propto \int V_1(t)\,dt\,.
A lei de Faraday nos diz que toda variação de fluxo induz uma força eletromotriz em cada enrolamento. No primário, essa fem contraria a tensão aplicada, garantindo o equilíbrio de tensões; no secundário, aparece uma tensão induzida que pode alimentar uma carga. Matematicamente, em cada enrolamento de N_k espiras:
\varepsilon_k = -\,N_k\,\frac{d\Phi}{dt}\,,\quad k=1,2\,.
Em regime senoidal, isso gera as relações clássicas:
\frac{V_2}{V_1} \;=\;\frac{N_2}{N_1}\,,
onde V_1 e V_2 são as amplitudes (ou valores eficazes) das tensões no primário e no secundário.

Passo 3

Quando uma carga é ligada ao secundário, flui uma corrente i_2(t) que, pela lei de Lenz, gera um fluxo oposto, provocando no primário uma corrente adicional que mantém o fluxo praticamente inalterado. Desse modo, há transferência de potência do primário para o secundário, obedecendo aproximadamente
V_1\,I_1 \approx V_2\,I_2
e
\frac{I_2}{I_1} = \frac{N_1}{N_2}\,.

Passo 4

Se alimentarmos o primário com corrente contínua, a tensão é constante e, após um transitório inicial, o fluxo \Phi torna‐se constante d\Phi/dt=0. Sem variação de fluxo, a lei de Faraday dá \varepsilon_2=0 no secundário, ou seja, não há tensão induzida. Além disso, o núcleo entra rapidamente em saturação, a impedância do primário cai muito e a corrente cresce excessivamente, causando aquecimento e possível dano.

Resposta

O transformador funciona porque a corrente alternada no primário gera um fluxo magnético variável no núcleo, e pela lei de Faraday esse fluxo variável induz tensões nos enrolamentos primário e secundário, relacionadas pelo número de espiras. Com corrente contínua, não há variação de fluxo d\Phi/dt=0, logo não se induz tensão no secundário, impedindo seu funcionamento.

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