1.2.5 Características de um gerador de tensão contínua. Balanço energético num circuito.

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1 1.2.5 Características de um gerador de tensão contínua. Balanço energético num circuito. Adaptado pelo Prof. Luís Perna Tal como os outros componentes de um circuito, um gerador também dissipa energia devido à sua resistência interna, r. Gerador de resistência interna r A energia disponibilizada por um gerador é usada pelo circuito (energia útil) e no aquecimento dele próprio (energia dissipada). 1

2 Energia útil Energia fornecida pelo gerador ao circuito elétrico E útil = U I t Energia dissipada Energia dissipada no gerador E dissipada = r I 2 t r resistência interna dogerador Características de um gerador A pilha é um gerador de tensão contínua de resistência interna, r. A pilha tem a indicação de 3 V não corresponde à diferença de potencial que a pilha fornece ao circuito. Pilha de lítio. corresponde a uma grandeza designada força eletromotriz, cujo símbolo é ε. 2

3 Características de um gerador A pilha tem a indicação de 3 V ε = 3 V Força eletromotriz, ε ε = E Q Pilha de lítio. É a energia disponibilizada pelo gerador (E) por unidade de carga(q). A sua unidade no SI é o volt (V). Características de um gerador Um gerador é caracterizado pela resistência interna, r, e pela força eletromotriz, ε. Gerador ideal ε r Tem resistência interna nula (r = 0) U = ε 3

4 Energia e potência do gerador A partir da expressão da força eletromotriz: ε = E gerador Q E gerador = ε Q Q = I t E gerador = ε I t Energia e potência do gerador A energia do gerador é dada por: E gerador = ε I t Dividindo pelo intervalo de tempo, obtêm-se a potência do gerador: P gerador = ε I 4

5 Balanço energético num circuito Num circuito elétrico há conservação da energia: E gerador = E útil + E dissipada P gerador t = P útil t + P dissipada t P gerador = P útil + P dissipada E gerador = ε I t P gerador = ε I E útil = UI t P útil = UI E dissipada = ri 2 t P dissipada = ri 2 Balanço energético num circuito Num circuito elétrico há conservação da energia: P gerador = P útil + P dissipada ε I = UI + ri 2 ε = U + ri U = ε ri E gerador = ε I t P gerador = ε I E útil = UI t P útil = UI E dissipada = ri 2 t P dissipada = ri 2 5

6 Curva característica de um gerador Diferença de potencial nos terminais de um gerador: U = ε ri Ordenada na origem Módulo do declive y = a + bx ε e r são constantes e características do gerador; U e I são variáveis. Curva característica U = f(i) Curva característica de um gerador A força eletromotriz de um gerador é medida ligando diretamente um voltímetro aos terminais do gerador. Através da equação: U = ε ri A resistência do gerador, r, também é muito pequena, logo, o produto Ir 0. U = ε Medição da força eletromotriz de uma pilha. 6

7 Curva característica de um gerador EM SÍNTESE Gerador ligado só a um voltímetro Ir 0 U ε Gerador que fornece energia a um circuito elétrico fechado I 0 U < ε Atividade O gráfico seguinte representa a curva característica de um gerador. U/V 6 a) Qual o valor da resistência interna do gerador? b) Qual é a corrente no circuito quando a diferença de potencial nos terminais do gerador é 4 V. 24 I/A 7

8 Atividade O gráfico seguinte representa a curva característica de um gerador. RESOLUÇÃO a) Qual o valor da resistência interna do gerador? U/V 6 O módulo do declive dá-nos o valor da resistência interna do gerador: declive = = 0,25 r = 0, 25 Ω 24 I/A Atividade O gráfico seguinte representa a curva característica de um gerador. RESOLUÇÃO U/V 6 b) Qual é a corrente no circuito quando a diferença de potencial nos terminais do gerador é 4 V. Determinar a equação da curva característica: U = ε ri r = 0,25 Ω ( da alínea anterior) ε = 6 V A ordenada na origem do gráfico Equação da curva característica: U = 6 0,25 I Substituindo na equação: 4 = 6 0,25 I I = 8 A 24 I/A 8

9 TPC Fazer os exercícios da página 101 e 102 que ficaram por fazer: Características de um gerador de tensão contínua. Balanço energético num circuito. 9