Física · 9.ª–12.ª classe
Como calcular a tensão no secundário de um transformador?
Resposta curta
Multiplique a tensão do primário pela razão entre as espiras do secundário e as do primário: Vs = Vp × Ns / Np. Por exemplo, com 220 V, Np = 1 000 e Ns = 100, obtém-se Vs = 220 × 100 / 1 000 = 22 V. A fórmula vale para um transformador ideal em corrente alternada.
Fórmula e significado de cada termo
Tensão no secundário (transformador ideal)
Vs = Vp × Ns / Np
| Símbolo | Significado | Unidade |
|---|---|---|
| Vp | tensão eficaz no primário (a que se liga à rede) | V (volt) |
| Vs | tensão eficaz no secundário (a que se quer calcular) | V (volt) |
| Np | número de espiras do primário | sem unidade |
| Ns | número de espiras do secundário | sem unidade |
Quando o problema dá correntes em vez de espiras, usa-se a conservação da potência do transformador ideal (Vp · Ip = Vs · Is), de onde se tira:
Alternativa com correntes
Vs = Vp × Ip / Is
Condições de aplicação
- A tensão tem de ser alternada; com corrente contínua constante a tensão no secundário é nula.
- A fórmula supõe um transformador ideal (sem perdas). Nos problemas de escola, salvo indicação em contrário, assume-se isso.
- Os valores de tensão são normalmente eficazes, como os 220 V da rede em Angola.
Passo a passo
- Identifique os dados: Vp, Np e Ns (ou as correntes).
- Escreva a incógnita: Vs, em volts.
- Calcule a razão de espiras Ns / Np. Se for maior que 1, o transformador é elevador; se for menor que 1, é redutor.
- Multiplique a razão por Vp.
- Verifique o sentido: num redutor Vs tem de ser menor que Vp; num elevador, maior.
- Escreva a unidade (volt).
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Básico: um redutor
Enunciado: Um transformador tem 1 000 espiras no primário e 100 no secundário. O primário liga-se a 220 V. Calcule a tensão no secundário.
Resolução:
- Razão de espiras: Ns / Np = 100 / 1 000 = 0,1.
- Vs = 220 × 0,1 = 22.
Resposta: Vs = 22 V. Verificação: a razão é menor que 1, logo é redutor e 22 V é menor que 220 V; e 22 / 220 = 0,1.
Exemplo 2 — Um elevador
Enunciado: Um transformador de laboratório tem Np = 50 e Ns = 1 500. Liga-se a 12 V alternados. Qual é a tensão no secundário?
Resolução:
- Razão de espiras: 1 500 / 50 = 30.
- Vs = 12 × 30 = 360.
Resposta: Vs = 360 V. Verificação: razão maior que 1, logo elevador; 360 / 12 = 30. Nota de segurança: 360 V é perigoso, pelo que estas montagens só se fazem com supervisão do professor.
Exemplo 3 — Descobrir o número de espiras
Enunciado: Quer-se um secundário de 9 V a partir de 220 V. O primário tem 2 200 espiras. Quantas espiras deve ter o secundário?
Resolução:
- Isole Ns na fórmula: Ns = Np × Vs / Vp.
- Ns = 2 200 × 9 / 220 = 19 800 / 220 = 90.
Resposta: Ns = 90 espiras. Verificação: 220 × 90 / 2 200 = 19 800 / 2 200 = 9 V.
Exemplo 4 — Nível de exame: só com correntes
Enunciado: Um transformador ideal recebe 220 V e uma corrente de 0,2 A no primário. No secundário, a corrente é 4 A. Calcule a tensão no secundário e diga se é elevador ou redutor.
Resolução:
- Potência no primário: Pp = 220 × 0,2 = 44 W.
- Num transformador ideal Ps = Pp = 44 W.
- Vs = Ps / Is = 44 / 4 = 11.
Resposta: Vs = 11 V, redutor. Verificação: 11 V × 4 A = 44 W, igual à potência do primário; e a corrente subiu (de 0,2 A para 4 A) enquanto a tensão desceu.
Erros frequentes no cálculo
- Inverter a razão de espiras (usar Np / Ns). Teste: se é redutor, o resultado tem de ser menor que Vp.
- Aplicar a razão de espiras às correntes sem inverter. A corrente varia de forma inversa: Is / Ip = Np / Ns.
- Aplicar a fórmula com corrente contínua. Uma bateria de 12 V não dá tensão no secundário.
- Misturar Vp com a tensão de pico. Se o enunciado fala em 220 V da rede, é o valor eficaz; use-o diretamente.
- Esquecer a unidade ou escrever "volts" por "amperes" quando acaba de calcular uma corrente.
Exercícios propostos
1Exercício 1
O primário de um transformador tem 400 espiras e o secundário 40. Com 220 V no primário, qual é a tensão no secundário?
Ver solução
Vs = 220 × 40 / 400 = 220 × 0,1 = 22 V.
2Exercício 2
Um transformador tem Np = 200 e Ns = 1 000 e é alimentado com 24 V alternados. Calcule Vs.
Ver solução
Razão = 1 000 / 200 = 5. Vs = 24 × 5 = 120 V.
3Exercício 3
Com Np = 2 200 e Ns = 110, ligado à rede de 220 V, qual é a tensão de saída?
Ver solução
Razão = 110 / 2 200 = 0,05. Vs = 220 × 0,05 = 11 V.
4Exercício 4
Um transformador ideal tem Vp = 220 V, Ip = 0,1 A e Is = 2 A. Calcule Vs.
Ver dica
Comece pela potência do primário.
Ver solução
Pp = 220 × 0,1 = 22 W = Ps. Vs = 22 / 2 = 11 V.
5Exercício 5
Um transformador ideal reduz 220 V para 6 V, e o secundário tem 60 espiras. (a) Quantas espiras tem o primário? (b) Se ligar ao secundário uma resistência de 3 Ω, qual é a corrente no secundário e no primário?
Ver solução
(a) Np = Ns × Vp / Vs = 60 × 220 / 6 = 13 200 / 6 = 2 200 espiras. (b) Is = Vs / R = 6 / 3 = 2 A. Potência: Ps = 6 × 2 = 12 W = Pp, logo Ip = 12 / 220 ≈ 0,055 A.
Perguntas frequentes
Qual é a fórmula para calcular a tensão no secundário de um transformador?
Vs = Vp × Ns / Np. A tensão no secundário é a do primário multiplicada pela razão entre espiras do secundário e do primário. Se só conhece as correntes, use Vs = Vp × Ip / Is.
Como verificar se o resultado está correto?
Veja se o sentido faz sentido (redutor dá menos volts, elevador dá mais) e confirme a razão: Vs / Vp tem de ser igual a Ns / Np. Pode ainda verificar se Vs · Is é igual a Vp · Ip.
O que muda num transformador real?
Há perdas por aquecimento, pelo que a potência de saída é um pouco menor do que a de entrada e a tensão em carga pode ser ligeiramente inferior à calculada. Nos exercícios do secundário usa-se o modelo ideal, salvo indicação contrária.
Que erros se cometem ao calcular a tensão no secundário?
Inverter a razão de espiras, usar corrente contínua e confundir tensão com corrente. Consulte a secção «Erros frequentes no cálculo».
Resumo
- Vs = Vp × Ns / Np para o transformador ideal em corrente alternada.
- Razão Ns / Np maior que 1: elevador; menor que 1: redutor.
- Com correntes: Vs = Vp × Ip / Is, porque Vp · Ip = Vs · Is.
- Para obter o número de espiras, isole Ns = Np × Vs / Vp.
- Verifique sempre o sentido do resultado e a unidade (volt).
Onde aprofundar
- O manual de Física da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
- O manual aberto OpenStax University Physics, volume 2 (em inglês), no capítulo sobre indução eletromagnética.
- O Sistema Internacional de Unidades, descrito pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM).
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