Aula 153 — Transformadores Elétricos (Aumento e queda de tensão)

O professor pergunta: "como a tensão de 100 mil volts, transmitida pelos cabos de alta tensão, chega às nossas casas como apenas 110 ou 220 volts?" Ouvir hipóteses.

Perguntar: um transformador consegue "aumentar" a tensão de uma corrente contínua (de uma pilha, por exemplo), do mesmo jeito que faz com a corrente da tomada? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que um transformador funciona com qualquer tipo de corrente elétrica, contínua ou alternada, bastando ligá-lo à fonte.

Apresentação dos slides 2 a 9: um transformador é formado por duas bobinas (primária, com Np espiras, e secundária, com Ns espiras) enroladas em torno de um núcleo comum de ferro, que concentra e conduz o campo magnético entre as duas bobinas. Quando uma tensão alternada Vp é aplicada à bobina primária, ela gera um campo magnético VARIÁVEL no núcleo (pois a corrente alternada está constantemente mudando de intensidade e sentido); esse campo variável induz, por indução eletromagnética (Lei de Faraday, Aula 152), uma fem na bobina secundária. A relação entre as tensões e o número de espiras de cada bobina é Vs/Vp = Ns/Np: se Ns > Np, o transformador é ELEVADOR (step-up), aumentando a tensão; se Ns < Np, é ABAIXADOR (step-down), diminuindo a tensão — isso responde à pergunta do Momento 1: a energia é transmitida em alta tensão (por um transformador elevador, para reduzir perdas por efeito Joule nos longos cabos de transmissão) e depois é reduzida por transformadores abaixadores até chegar às casas. Um transformador SÓ funciona com corrente ALTERNADA, porque depende de um campo magnético que varia continuamente no tempo para induzir tensão na bobina secundária; com corrente CONTÍNUA constante, o campo magnético no núcleo seria constante (após um breve instante inicial), e sem variação de fluxo não há indução alguma — isso resolve o obstáculo do Momento 2.

Resolução guiada: calcular coletivamente a tensão de saída de um transformador com Np = 1000 espiras e Ns = 100 espiras, alimentado com Vp = 220 V (Vs = Vp×(Ns/Np) = 220×(100/1000) = 22 V — um transformador abaixador). Em duplas: para um transformador IDEAL (sem perdas), em que a potência se conserva (Vp·ip = Vs·is), calcular a corrente is na bobina secundária desse mesmo transformador, sabendo que ip = 0,5 A (is = ip×(Vp/Vs) = 0,5×(220/22) = 5 A).

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Retomar a pergunta do Momento 1: um transformador não funciona com corrente contínua, apenas com corrente alternada, pois precisa de um campo magnético continuamente VARIÁVEL para induzir tensão na bobina secundária — é exatamente essa dependência da CA que torna os transformadores centrais para o sistema elétrico, permitindo elevar a tensão para a transmissão e abaixá-la depois, até chegar às casas.