Apostila de Física 30 Geradores Elétricos

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1 Apostila de Física 30 Geradores Elétricos 1.0 Definições Gerador elétrico Aparelho que transforma qualquer forma de energia em energia elétrica. Exemplos: Usinas hidrelétricas Geradores mecânicos. Pilhas Geradores químicos. Possui dois terminais determinados pólos: Pólo negativo Terminal com menor potencial. Pólo positivo Terminal com maior potencial. No gerador, o movimento das cargas é o movimento real dos elétrons, do pólo negativo para o pólo positivo Por isso, no circuito, o elétron apresenta um movimento peculiar. Um gerador tem a função de receber as cargas que constituem a corrente elétrica em seu potencial mais baixo e entregá-las em seu potencial mais alto, fornecendo energia elétrica ao circuito. O gerador apresenta 2 características independentes do circuito: Resistência interna (r) Ohms. Força eletromotriz (fem) Volts. Representação gráfica do gerador Dois traços verticais representando os pólos, e a resistência interna ao lado deles: Linha vermelha Circuito externo. O pólo positivo é indicado pelo traço mais longo, e o negativo pelo mais curto.

2 2.0 Força Eletromotriz A potência elétrica total gerada por um gerador é diretamente proporcional à intensidade da corrente elétrica que o atravessa. E Constante de proporcionalidade. A constante de proporcionalidade é chamada de força eletromotriz (fem). OBS.: o nome força eletromotriz ainda é usado por razões históricas. É impróprio, pois não se trata de uma força no sentido que é usado na Física. 3.0 Potência e Rendimento Elétrico Potência elétrica total gerada: Potência elétrica total lançada no circuito externo Potência elétrica fornecida pelo gerador: Potência elétrica dissipada internamente: Princípio de conservação de energia: Rendimento elétrico do gerador:

3 4.0 Equação do Gerador do Circuito Aberto A equação do gerador é o resultado final do princípio de conservação de energia: Um gerador está em circuito aberto quando não há percurso fechado para as cargas elétricas: Não há corrente elétrica i = 0. A ddp dos terminais é igual a sua fem. Gerador ideal é aquele que possui uma resistência nula r = 0. A força eletromotriz é a ddp nos terminais de um gerador ideal. 5.0 Curto Circuito no Gerador O contato direto de seus terminais constitui um curto-circuito. O contato é obtido por um condutor de resistência desprezível. A ddp entre os terminais é nula. acima: A intensidade da corrente nestas condições é obtida desenvolvendo a equação A intensidade da corrente elétrica de curto-circuito é a máxima intensidade elétrica que pode atravessar um gerador. A potência elétrica total será dissipada integralmente na resistência interna, podendo danificar o gerador.

4 6.0 Curva Característica do Gerador A equação de um gerador é de primeiro grau, logo, a curva do gráfico é uma reta. Quando a reta encontra-se no eixo das coordenadas (i = 0) O gerador está em circuito aberto. Quando a reta encontra-se no eixo das abscissas (U = 0) O gerador está em curto-circuito. A área do retângulo destacado é igual à potência elétrica lançado no circuito (P I ). 7.0 Lei de Pouillet Circuito simples: Apresenta apenas 1 caminho para a corrente elétrica. Não apresenta ligações em paralelo. Considere um gerador ligado a circuito simples, onde existe um resistor R Circuito gerador-resistor. Lei de Pouillet A ddp nos terminais do gerador (U) é a mesma nos terminais do resistor (U ). A resistência R é qualquer resistência equivalente de uma associação qualquer de resistores. 8.0 Associação de Geradores Os geradores podem ser associados como os resistores em série ou em paralelo. Gerador equivalente à associação Gerador que mantém entre seus terminais uma ddp igual àquela mantida pela associação.

5 8.1 Associação em Série O pólo positivo de um gerador é ligado ao pólo negativo do outro gerador. Todos os geradores são percorridos pela mesma corrente elétrica. Para geradores iguais: n Número de geradores iguais. Há um aumento da força eletromotriz. Há um aumento da resistência interna Maior dissipação de energia elétrica. 8.2 Associação em Paralelo Os pólos positivos dos geradores são ligados entre si, assim como os pólos negativos. Para geradores iguais: Todos mantêm a mesma ddp. A corrente elétrica se distribui igualmente entre eles. A força eletromotriz permanece igual. Há uma diminuição da resistência interna.

6 9.0 Gráfico da Potência Elétrica A equação da potência elétrica interna é de segundo grau, logo, a curva do gráfico é uma parábola. Concavidade voltada para baixo. Quando a parábola encontra-se no eixo das abscissas (P I = 0) Obtêm-se 2 raízes: Intensidade da corrente elétrica do circuito aberto i 1 = 0. Intensidade da corrente elétrica do gerador em curto-circuito i 2 0. Um gerador lança a potência máxima quando é percorrido por metade da corrente de curto-circuito O valor da intensidade da corrente elétrica que torna máxima a potência elétrica lançada: Na potência elétrica máxima, a ddp nos seus terminais é igual à metade de sua força eletromotriz. Potência elétrica máxima do gerador: O rendimento elétrico do gerador, ao lançar a potência elétrica máxima, é de 50%. Se o aparelho ligado aos terminais do gerador for um resistor O gerador lança potência elétrica máxima quando a resistência interna for igual à resistência externa.