- (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
ao enrolamento primário (com
espiras), circula uma corrente
. Essa corrente produz uma força magnetomotriz
que estabelece um fluxo magnético
no núcleo de material ferromagnético. Como a corrente é alternada,
varia no tempo, e fica aproximadamente proporcional à integral da tensão aplicada, ajustando-se de modo que, em regime, valha
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
espiras:
Em regime senoidal, isso gera as relações clássicas:
onde
e
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
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
e
Passo 4
Se alimentarmos o primário com corrente contínua, a tensão é constante e, após um transitório inicial, o fluxo
torna‐se constante
. Sem variação de fluxo, a lei de Faraday dá
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
, logo não se induz tensão no secundário, impedindo seu funcionamento.