CURSINHO COMUNITÁRIO PRÉ-VESTIBULAR CUCA-FRESCA

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1 CURSINHO COMUNITÁRIO PRÉ-VESTIBULAR CUCA-FRESCA UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Júlio de Mesquita Filho Rua Geraldo Alckmin, 519 N. Srª de Fátima / Itapeva SP Tel: (15) / cursinho@itapeva.unesp.br Aula 08

2 Gerador e receptor elétricos Módulo FE.08 (página 56 à 60) Apostila 2 Gerador de eletricidade Força eletromotriz (ε) Equação do gerador Potências de um gerador Rendimento de um gerador (n) Curva característica de um gerador Associação de geradores

3 Gerador e receptor elétricos Módulo FE.08 (página 56 à 60) Apostila 2 Recepetor de eletricidade Equação do receptor Potências de um receptor Rendimento do receptor (n) Curva característica de um receptor

4 1 Gerador de eletricidade O gerador de eletricidade é um sistema que tranforma energia de uma modalidade em outra. Mais especificamente: transforma energia não elétrica em energia elétrica. Ex: Pilha Armazena energia química e a transforma em energia elétrica.

5 1 Gerador de eletricidade Exemplos de máquinas e/ou processos que transformam energia não elétrica em elétrica: Usina Hidrelétrica Mecânica Elétrica

6 1 Gerador de eletricidade Exemplos de máquinas e/ou processos que transformam energia não elétrica em elétrica: Pilhas e baterias Química Elétrica

7 1 Gerador de eletricidade Exemplos de máquinas e/ou processos que transformam energia não elétrica em elétrica: Usinas Nuclares Fissão Nuclear (Urânio) Elétrica

8 1 Gerador de eletricidade Exemplos de máquinas e/ou processos que transformam energia não elétrica em elétrica: Usinas termoelétricas Térmica Elétrica

9 1 Gerador de eletricidade Exemplos de máquinas e/ou processos que transformam energia não elétrica em elétrica: Usinas eólicas Mecânica Elétrica

10 2 Força eletromotriz (ε) Durante a tranformação de energia ocorrida dentro do gerador, obtém-se uma tensão máxima, chamada força eletromotriz ou fem. A força eletromotriz é uma constante para cada gerador, podendo ser medida quando temos um circuito aberto, ou seja, não há passagem de corrente (i = 0).

11 2 Força eletromotriz (ε) Apesar disso, sabemos que não existem máquinas ideais, ou seja, que aproveitam toda a enegia produzida. No caso dos geradores também, neste caso temos resistência interna e consequentemente o efeito Joule.

12 2 Força eletromotriz (ε) Esquematicamente, representamos o gerador de eletricidade, da seguinte forma: *Em nossos estudos representaremos o gerador pelo símbolo da esquerda.

13 2 Força eletromotriz (ε) Temos o seguinte circuito: ε tensão gerada U tensão fornecida r resistência interna R resistência externa

14 3 Equação do gerador A tensão que um gerador real fornece a um circuito (U), é igual a tensão transformada (ε) menos a tensão perdida pela resistência interna (U'): Então: Como: U = ε U' U' = r. i Podemos dizer que: U = ε r. i

15 3 Equação do gerador Para a equação a fem (ε) e a resistência interna (r) são constantes. Já a ddp (U) e a corrente (i) são váriaveis. Um aumento na intensidade de corrente gera uma diminuição na ddp.

16 3 Equação do gerador Há outra forma de descobrir a corrente de um circuito, pela equação de Pouillet: Sabemos que: No gerador - U = ε r. i No circuito - U = R eq. I Igualamos as duas equações: R eq. i = ε r. i ε = R eq. i + r. i ε = i (R eq + r)

17 3 Equação do gerador Não existe na prática um gerador ideal. Porém, alguns geradores a força eletromotriz e a tensão fornecida podem ser considerados como ideais.

18 4 Potências de um gerador Considerando um gerador real, alimentando uma resistência: Conhecemos a equação do gerador: U = ε r. i Multiplicamos por i dos dois lados:

19 4 Potências de um gerador A partir dessa expressão podemos identificar três tipos de potências de um gerador: Potência total: É aquela que está sendo gerada pelo gerador. Potência útil: É aquela que esta alimentando o circuito. Potência dissipada: É aquela transformada em calor.

20 4 Potências de um gerador Sabendo a definição dessas três potências e relacionando-as com a equação: Temos que: Ou seja, potência dissipada é igual a potência total menos a potência útil.

21 5 Rendimento de um gerador (n) O rendimento é um número adimensional que determina a eficiência do gerador. Quanto maior o rendimento do gerador menor será a energia dissipada internamente sob a forma de calor. É obtido por:

22 6 Curva característica de um gerador Seguindo a equação do gerador real, temos uma reta por se tratar de uma função de primeiro grau: Se i = 0, então U = ε; Se U = 0, então temos a corrente máxima de um gerador, chamada corrente de curtocircuito

23 6 Curva característica de um gerador Sabendo que na corrente de curto-circuito a tensão é zero, aplicamos na equação do gerador real, então temos:

24 7 Associação de geradores Em série: *Neste caso a tensão fornecida aumenta, mas a resistência interna também.

25 7 Associação de geradores Em paralelo: Nesta ligação temos geradores iguais, somente. Portanto:

26 8 Receptor de eletricidade O receptor de eletricidade também é um máquina que transforma energia; Só que desta vez, ele transforma energia elétrica em não elétrica; Um exemplo disso é o motor elétrico, que transforma energia elétrica em energia mecânica (movimento);

27 8 Receptor de eletricidade Existem dois tipos de receptor. O receptor irreversível e o receptor reversível. Receptor irreversível (resistor): transforma praticamente toda a energia elétrica em calor.

28 8 Receptor de eletricidade Receptor reversível (receptor): transforma pelo menos uma parte de energia elétrica que recebe em outra modalidade que não seja exclusivamente calor.

29 8 Receptor de eletricidade O receptor só funciona se ligado num gerador de eletricidade; Ele recebe do gerador uma ddp (U) e aproveita parte dela, chamada força contraeletromotriz (fcem = ε'); Isso ocorre porque no receptor também há um resistência interna (r'), que dissipa parte da energia recebida;

30 8 Receptor de eletricidade O símbolo do receptor é o mesmo do gerador, com a diferença básica do sentido da corrente elétrica:

31 9 Equação do receptor Podemos calcular a tensão da resistência interna por: U' = r'. i A tensão que o receptor recebe é igual à que ele aproveita mais a que é dissipada internamente na forma de calor. Então: U = ε' + U' Substituindo temos:

32 10 Potências de um receptor Multiplicando a equação do receptor dos dois lados por i encontramos as potências: Daí tiramos a relação: P total = P útil + P dissipada

33 10 Potências de um receptor Potência Total: É aquela que o receptor recebe do gerador. Potência Útil: É aquela que será aproveitada pelo receptor. Potência Dissipada: É aquela que é transformada em calor.

34 11 Rendimento de um receptor (n) O rendimento é obtido pela razão:

35 12 Curva característica de um receptor Neste caso a equação do receptor é, também, uma função do primeiro grau, mas é uma reta crescente, pois o r' é positivo: