Geradores e Receptores - Associação de Geradores

Gerador

Um gerador elétrico produz correntes elétricas transformando em energia elétrica um outro tipo qualquer de energia. As baterias de automóvel por exemplo ( e as pilhas ) transformam energia química em energia elétrica. Os geradores usados nas grandes usinas elétricas transformam energia cinética em energia elétrica; essa energia cinética por sua vez pode ser obtida da energia potencial da água ( usina hidroelétrica ) ou do vapor d’ água (usina termoelétrica). Nas termoelétricas o calor necessário para produzir o vapor d’ água pode ser obtido pela queima de combustíveis fósseis ( carvão ou petróleo ) ou por meio de reações nucleares ( usinas nucleares ).

Força Eletromotriz

Dentro de um gerador, as cargas elétricas recebem energia. A energia recebida por cada unidade de carga chama-se força eletromotriz do gerador ( E ):

A força eletromotriz é abreviada por f. e. m. e sua unidade no Sistema Internacional é o volt (V)

Nos geradores reais, uma parte da energia recebida pelas cargas é perdida dentro do próprio gerador; dizemos que o gerador tem uma resistência interna r. Desse modo, a tensão U ( diferença de potencial ) entre os terminais do gerador é, em geral, menor do que a força eletromotriz:

        U = E - r i ( I )

onde i é a corrente que atravessa o gerador. Na figura 1 damos o símbolo usado para o gerador real.

O gerador ideal é aquele em que a resistência interna ( r ) é nula; neste teremos sempre U = E.

Como a equação I é do primeiro grau, o gráfico de U em função de i é retilíneo como ilustra a Fig. 2. Para i = 0 ( gerador em aberto ) teremos U = E.

O caso U = 0 ocorre para um valor de corrente denominada corrente de curto circuito (i_CC); isso ocorre quando ligamos os terminais do gerador por um fio de resistência desprezível.

Exemplo 1

No circuito representado abaixo temos um gerador de força eletromotriz E = 60 V e resistência interna r = 2,0 .

Calcule:

a) a intensidade da corrente no circuito.

b) a diferença de potencial entre os terminais do gerador.

Resolução

a) A resistência interna do gerador pode ser imaginada como representando um resistor que está em série com os outros resistores do circuito.

Assim, a resistência total R do circuito é dada por:

R = 2,0 + 8,0 + 3,0 + 7,0 = 20

Assim o circuito dado é equivalente ao circuito da figura a:

E = R i 60 = 20 . i i = 3,0 A

b) U = E - r i

U = 60 - (2,0) (3,0)

U = 54 V

Associação de Geradores em Série

Na Fig. 3 representamos um conjunto de geradores associados em série. Esse conjunto de geradores pode ser substituído por um único gerador (Fig. 4) de força eletromotriz E e resistência interna r dados por:

Associação de Geradores em Paralelo

A associação de geradores em paralelo só é vantajosa quando os geradores são iguais ( Fig. 5 ). Neste caso, sendo n o número de geradores associados, a associação pode ser substituída por um único gerador ( Fig. 6 ) de força eletromotriz E e resistência interna r dadas por:

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