Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

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Transformadores e circuitos indutivos


Na indução eletromagnética, o transformador é uma das aplicações mais importantes. Um transformador é um dispositivo que utiliza os princípios da indução eletromagnética para transformar energia elétrica de um circuito para outro. Isso envolve a alteração dos níveis de tensão, o que o torna indispensável em sistemas elétricos, especialmente na distribuição de energia.

Princípios básicos dos transformadores

Os transformadores operam com o princípio da indução mútua. Quando uma corrente alternada flui através de uma bobina primária, ela produz um campo magnético variável. Este campo magnético, por sua vez, induz uma força eletromotriz (EMF) na bobina secundária colocada próxima a ele. A tensão induzida na bobina secundária pode ser determinada pela equação:

V_s / V_p = N_s / N_p

Onde:

  • V_s = tensão na bobina secundária
  • V_p = tensão na bobina primária
  • N_s = número de espiras na bobina secundária
  • N_p = número de espiras na bobina primária

Esta equação mostra que a tensão é diretamente proporcional ao número de espiras. Se a bobina secundária tiver mais espiras do que a bobina primária, o transformador é de elevação de tensão. Inversamente, se a bobina secundária tiver menos espiras, é um transformador de abaixamento de tensão.

Visualização de transformadores

Bobina primária Bobina secundária núcleo

Este diagrama mostra a configuração básica de um transformador. As linhas azuis representam as bobinas, enquanto a linha vermelha representa o núcleo compartilhado feito de material ferromagnético. Este núcleo transmite o campo magnético criado pela bobina primária para a bobina secundária.

Circuitos indutivos e seus componentes

Circuitos indutivos são circuitos que incluem indutores como componente principal. Um indutor é um componente elétrico passivo de dois terminais que armazena energia em um campo magnético. A fórmula para a indutância, que trata de quão efetivamente a energia é armazenada, é:

V = L * (di/dt)

Onde:

  • V é a tensão através do indutor
  • L é a indutância, medida em henry (H)
  • (di/dt) é a taxa de variação da corrente através do indutor

Visualizar um circuito de indutor simples

l

Este diagrama simplificado mostra o símbolo de um indutor em um circuito, que é caracterizado por loops representando as propriedades indutivas. Indutores resistem a mudanças na corrente, o que os torna importantes para gerenciar a transferência de energia em um circuito.

Aplicações e exemplos

Transformadores e circuitos indutivos são usados em muitas aplicações:

  • Rede de Energia: Os transformadores são importantes em redes de energia para elevar a tensão para transmissão de longa distância e minimizar as perdas de energia.
  • Eletrônica: Indutores são usados em uma variedade de dispositivos eletrônicos para filtrar sinais, armazenar energia ou gerenciar a corrente elétrica.
  • Motores: Transformadores e circuitos indutivos são integrais para o funcionamento de motores elétricos e outras máquinas que convertem energia elétrica em energia mecânica.

Entendendo a eficiência dos transformadores

A eficiência de um transformador é a relação entre a potência de saída e a potência de entrada, geralmente expressa como uma porcentagem:

Eficiência (%) = (P_out / P_in) * 100

Devido a perdas de energia como resistência e vazamento magnético nas bobinas, nenhum transformador é 100% eficiente. Otimizar esses processos é essencial para projetar um transformador eficaz.

Visualização da eficiência em transformadores

potência de entrada geração de eletricidade

O retângulo verde representa a potência de entrada, enquanto o retângulo vermelho representa a potência de saída. A diferença entre os dois representa as perdas, o que mostra porque a eficiência é importante na funcionalidade do transformador.

Conceitos avançados em transformadores

Além dos transformadores básicos de elevação e abaixamento, existem vários conceitos avançados:

  • Autotransformadores: Esses transformadores usam uma única bobina, que atua como enrolamento primário e secundário, e tem pontos de derivação variáveis.
  • Transformadores trifásicos: Esses transformadores, usados em sistemas de energia em grande escala, são configurados para trabalhar com três correntes alternadas simultaneamente.
  • Transformador de isolamento: Projetado para isolar eletricamente os circuitos primário e secundário, útil para segurança e redução de ruídos em equipamentos sensíveis.

Conclusão

Transformadores e circuitos indutivos são a espinha dorsal dos sistemas de energia moderna, importantes tanto em eletrônica de pequeno porte quanto em redes de energia de grande escala. Compreender seu funcionamento, eficiência e aplicações é útil para entender tanto aspectos fundamentais quanto avançados do eletromagnetismo.


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Transformadores e circuitos indutivos

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