Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

Grade 11 → Eletricidade e Magnetismo → Magnetismo e Eletromagnetismo ↓


Indutância e Transformador


Indutância e transformadores são conceitos fundamentais no estudo do magnetismo e do eletromagnetismo. Eles formam a espinha dorsal de muitos dispositivos e sistemas eletrônicos, incluindo redes elétricas, motores, indutores e mais. Nesta lição, exploraremos esses conceitos em detalhes usando linguagem simples, muitos exemplos e ilustrações visuais.

Compreendendo a indução

Indutância é uma propriedade de um condutor elétrico que descreve quão fortemente o condutor se opõe a uma mudança de corrente. Um indutor é um dispositivo, geralmente feito de uma bobina de fio, que utiliza esta propriedade.

A principal ideia por trás da indução é a lei da indução de Faraday, que afirma que uma mudança no fluxo magnético através de um circuito induz uma força eletromotriz (FEM) no circuito. Matematicamente, é expressa como:

FEM = -dΦ/dt

Onde:

  • FEM é a força eletromotriz em volts.
  • Φ é o fluxo magnético em webers (Wb).
  • t é o tempo em segundos.

Autoindução

Quando a corrente flui através de uma bobina, ela cria um campo magnético ao seu redor. Se a corrente muda, o campo magnético também muda, o que induz uma FEM dentro da mesma bobina. Este fenômeno é conhecido como autoindução.

A FEM autoinduzida é dada por:

FEM = -L (di/dt)

Onde:

  • L é a indutância da bobina em henries (H).
  • di/dt é a taxa de mudança de corrente em amperes por segundo (A/s).

Exemplo de autoindução

Considere uma bobina simples com uma indutância de 2 henries. Se a corrente que flui através da bobina muda à taxa de 3 amperes por segundo, a FEM induzida na bobina pode ser calculada como:

FEM = - 2 * 3 = -6 V

Isso significa que uma FEM de 6 volts é induzida na direção oposta à mudança na corrente.

Indução mútua

Indução mútua ocorre quando uma mudança na corrente em uma bobina induz uma FEM em outra bobina próxima. Este princípio é a base dos transformadores, onde a energia é transferida entre duas ou mais bobinas.

A indutância mútua entre duas bobinas pode ser expressa como:

FEM = -M (di/dt)

Onde:

  • M é a indutância mútua entre as bobinas, medida em henries (H).
  • di/dt é a taxa de mudança de corrente na primeira bobina.
Bobina 1 Bobina 2

Na ilustração acima, a bobina 1 transporta uma corrente variável que induz uma FEM na bobina 2 devido à sua indutância mútua.

Exemplo de indução mútua

Suponha que a indutância mútua das duas bobinas seja de 0,5 henry e que a corrente na primeira bobina mude à taxa de 4 amperes por segundo. A FEM induzida na segunda bobina será:

FEM = - 0.5 * 4 = -2 V

Isso significa que uma FEM induzida de 2 volts é produzida na bobina 2.

Transformadores

Um transformador é um dispositivo que usa os princípios de indução mútua para transferir energia entre dois circuitos. Um transformador típico possui duas bobinas: primária e secundária, que são enroladas em um núcleo magnético.

Princípio de funcionamento do transformador

Quando uma corrente alternada (AC) flui através da bobina primária, ela cria um campo magnético variável. Este campo magnético variável então induz uma força eletromotriz na bobina secundária de acordo com a lei de Faraday.

Bobina Primária Bobina Secundária

A figura mostra um transformador simples com uma bobina primária e uma secundária. A linha laranja mostra o caminho do campo magnético.

Equações do transformador

O desempenho de um transformador é descrito pela relação entre a razão de espiras das bobinas primária e secundária e a tensão sobre elas. A equação básica é:

Vp/Vs = Np/Ns

Onde:

  • Vp é a tensão na bobina primária.
  • Vs é a tensão na bobina secundária.
  • Np é o número de espiras na bobina primária.
  • Ns é o número de espiras na bobina secundária.

A potência no transformador (desconsiderando perdas) é dada por:

Vp * Ip = Vs * Is

Onde:

  • Ip é a corrente que flui na bobina primária.
  • Há is corrente na bobina secundária.

Transformadores elevadores e abaixadores

Os transformadores podem ser classificados em elevadores e abaixadores, dependendo da sua razão de espiras.

  • Transformador elevador: Aumenta a tensão da primária para a secundária. Possui menos espiras na bobina primária e mais na secundária (Np < Ns).
  • Transformador abaixador: Reduz a tensão da primária para a secundária. Possui mais espiras na bobina primária e menos na secundária (Np > Ns).

Exemplo de cálculo de transformador

Vamos considerar um transformador com uma bobina primária de 100 espiras e uma secundária de 200 espiras. Se a tensão primária for de 120 volts, qual é a tensão secundária?

Vp/Vs = Np/Ns
120/Vs = 100/200
Vs = 240 volts

Este simples cálculo mostra que o transformador aumenta a tensão de 120 volts para 240 volts.

Aplicações de indutância e transformador

Indutância e transformadores são importantes na tecnologia moderna. Algumas aplicações incluem:

  • Transmissão elétrica: Transformadores são usados para elevar e abaixar a tensão em redes elétricas, para que a energia elétrica possa ser transmitida eficientemente a longas distâncias.
  • Dispositivos eletrônicos: Indutores são usados em circuitos de sintonia para selecionar frequências desejadas, para suavizar correntes em fontes de alimentação, e em filtros para bloquear sinais indesejados.
  • Motores e geradores: Motores de indução usam indução para converter energia elétrica em energia mecânica.

Conclusão

Indução e transformadores desempenham papéis importantes no campo do eletromagnetismo, permitindo o controle e a manipulação de correntes elétricas e campos magnéticos. Compreender esses conceitos enriquece nosso conhecimento de física e fornece ferramentas práticas para uma variedade de aplicações tecnológicas.


Grade 11 → 6.3.5


U
username
0%
concluído em Grade 11

← Anterior (6.3.4)
Leis de Faraday e Lenz
Próximo (6.3.6) →
Corrente alternada e suas aplicações

Comentários 



Indutância e Transformador

https://www.physicsflow.com/g11/6.3.5?pfal=pt