Geradores e Receptores
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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 (iCC); 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 = 2,0Ω + 8,0Ω + 3,0Ω + 7,0Ω = 20Ω
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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Receptores Elétricos
Um receptor elétrico transforma energia elétrica em outro tipo de energia. É o caso por exemplo dos motores elétricos, que transformam energia elétrica em energia cinética. Porém uma parte da energia elétrica recebida é transformada em energia térmica, a qual é denominada energia dissipada. Para caracterizar essa dissipação, dizemos que o receptor tem uma resistência interna r.
Na Fig. 7 damos a representação de um receptor. A corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo. Quando o receptor é submetido a uma diferença de potencial ( tensão ) U, esta divide-se em duas partes:
1ª ) uma parcela r. i, correspondente à dissipação de energia.
2ª) uma parcela E, denominada força contraeletromotriz (f.c.e.m), correspondente à energia que será realmente utilizada.
Assim, para o receptor temos:
U = E + r i
Neste caso o gráfico de U em função de i tem o aspecto dado na Fig. 8.
Circuito Gerador-Receptor
Na Fig. 9 representamos um trecho de circuito onde há um gerador de força eletromotriz E1 e um receptor de força contraeletromotriz E2. Esse trecho é equivalente a um gerador ( Fig. 10 ) de força eletromotriz E e resistência interna r dadas por:
Exemplo 2
Na Fig. A representamos um circuito contendo um gerador de força eletromotriz E1 = 60 V, um receptor de força contraeletromotriz E2 = 40 V e um resistor de resistência R1 = 7,0Ω. Calcule a intensidade da corrente no circuito.
Resolução
As resistências dadas correspondem a resistores associados em série. Portanto o circuito dado é equivalente ao circuito da Fig. b onde temos um gerador ideal de força eletromotriz E, ligado a um resistor de resistência R, dados por:
Assim:
E = R i → 20 = 10 . i → i = 2,0 A
Sumário
- Geradori. Força Eletromotriz
ii. Associação de Geradores em Série
iii. Associação de Geradores em Paralelo
- Receptores Elétricos
- Circuito Gerador-Receptor
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