Por que não é possível usar apenas uma bobina como primária e secundária em um transformador?

A principal razão pela qual uma única bobina não pode ser usada como primária e secundária de um transformador reside nos princípios fundamentais do funcionamento do transformador e nos requisitos da indução eletromagnética. Aqui está uma explicação detalhada:

1. Princípio da Indução Eletromagnética

Transformadores funcionam com base na lei de Faraday da indução eletromagnética, que afirma que um fluxo magnético variável através de um circuito fechado induz uma força eletromotriz (FEM) nesse circuito. Os transformadores utilizam esse princípio usando uma corrente alternada na bobina primária para produzir um campo magnético variável. Este campo magnético variável, por sua vez, induz uma FEM na bobina secundária, alcançando assim a transformação de tensão.

2. Necessidade de Duas Bobinas Independentes

Bobina Primária: A bobina primária é conectada à fonte de energia e carrega uma corrente alternada, que produz um campo magnético variável.

Bobina Secundária: A bobina secundária é colocada no mesmo núcleo, mas isolada da bobina primária. O campo magnético variável passa pela bobina secundária, induzindo uma FEM de acordo com a lei de Faraday, gerando uma corrente.

3. Problemas com uma Única Bobina

Se uma única bobina for usada como primária e secundária, surgem os seguintes problemas:

Autoindutância: Em uma única bobina, a corrente alternada produz um campo magnético variável, que, por sua vez, induz uma FEM auto-induzida na mesma bobina. A FEM auto-induzida se opõe à mudança de corrente, efetivamente suprimindo as mudanças de corrente e impedindo a transferência eficaz de energia.

Sem Isolamento: Uma das funções importantes de um transformador é fornecer isolamento elétrico, separando o circuito primário do circuito secundário. Se houver apenas uma bobina, não há isolamento elétrico entre os circuitos primário e secundário, o que é inaceitável em muitas aplicações, especialmente aquelas envolvendo segurança e diferentes níveis de tensão.

Incapacidade de Realizar Transformação de Tensão: Os transformadores realizam a transformação de tensão alterando a relação de espiras entre as bobinas primária e secundária. Com uma única bobina, é impossível alterar a relação de espiras para realizar a elevação ou redução de tensão.

4. Questões Práticas

Relação entre Corrente e Tensão: A relação de espiras entre as bobinas primária e secundária de um transformador determina a relação entre as tensões e correntes. Por exemplo, se a bobina primária tiver 100 espiras e a bobina secundária tiver 50 espiras, a tensão secundária será metade da tensão primária, e a corrente secundária será duas vezes a corrente primária. Com uma única bobina, essa relação não pode ser alcançada.

Impacto da Carga: Em aplicações práticas, a bobina secundária de um transformador está conectada a uma carga. Se houver apenas uma bobina, as mudanças na carga afetarão diretamente o circuito primário, levando à instabilidade do sistema.

5. Casos Especiais

Embora os transformadores geralmente exijam duas bobinas independentes, existem casos especiais em que um autotransformador pode ser usado. Um autotransformador usa uma única bobina com pontos de derivação para realizar a transformação de tensão. No entanto, um autotransformador não fornece isolamento elétrico e é usado em aplicações específicas onde a economia de custo e tamanho é importante.

Resumo

Os transformadores precisam de duas bobinas independentes para realizar a transferência eficaz de energia, isolamento elétrico e transformação de tensão. Uma única bobina não pode atender a esses requisitos básicos, portanto, não pode ser usada como primária e secundária de um transformador.