Estudo dos Geradores - Liceu de Estudos Integrados
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LICEU DE ESTUDOS INTEGRADOS<br />
Aluno: ........................................................................................... Data: ..........................<br />
Série: 3º ano do ENSINO MÉDIO<br />
Professor: Marcos Antônio<br />
APOSTILA DE FÍSICA<br />
II BIMESTRE<br />
1- DEFINIÇÃO<br />
Em circuitos elétricos, o gerador elétrico é o<br />
responsável pelo fornecimento <strong>de</strong> energia elétrica às<br />
cargas que constituem a corrente elétrica. Tendo em vista<br />
que energia não po<strong>de</strong> ser criada à custa <strong>de</strong> outra forma <strong>de</strong><br />
energia, po<strong>de</strong>mos <strong>de</strong>finir:<br />
ENERGIA NÃO ELÉTRICA GERADOR ENERGIA ELÉTRICA<br />
Gerador elétrico é um dispositivo em que ocorre a<br />
conversão em energia elétrica <strong>de</strong> outras formas <strong>de</strong> energia.<br />
Como exemplos <strong>de</strong> geradores há as pilhas, as baterias, os<br />
geradores: hidrelétricos, solares, eólicos e nucleares.<br />
2- FORÇA ELETROMOTRIZ (f.e.m.) (E)<br />
Força eletromotriz <strong>de</strong> um gerador é <strong>de</strong>finida como<br />
o trabalho ( ) realizado sobre a unida<strong>de</strong> <strong>de</strong> carga (q), para<br />
<strong>de</strong>slocá-la do pólo negativo ao positivo.<br />
E <br />
<br />
q<br />
a) Unida<strong>de</strong><br />
No Sistema Internacional <strong>de</strong> Unida<strong>de</strong>s (SI), a unida<strong>de</strong> da<br />
f.e.m. é o volt, representado por V.<br />
Um gerador possui dois terminais (pólos):<br />
Traço menor: pólo negativo (menor potencial)<br />
a) Gerador I<strong>de</strong>al<br />
É aquele que apresenta um rendimento <strong>de</strong> 100%, ou seja,<br />
consegue transformar toda energia não elétrica em energia<br />
elétrica.<br />
A energia elétrica do gerador (E) será fornecida em forma<br />
<strong>de</strong> ddp.<br />
b) Gerador Real<br />
A corrente elétrica entra no gerador no pólo negativo e<br />
passa para o pólo positivo; portanto, as cargas elétricas que<br />
chegam com baixa energia conseguem aumentá-la, saindo<br />
com mais energia. Ao atravessarem o gerador, as cargas<br />
elétricas chocam-se com partículas existentes nesse<br />
aparelho (gerador), dissipando um pouco <strong>de</strong> energia na<br />
forma <strong>de</strong> calor. Denominam-se essas resistências às cargas<br />
elétricas <strong>de</strong> resistência interna r.<br />
4- AS POTÊNCIAS E O RENDIMENTO ELÉTRICO<br />
DE UM GERADOR<br />
Traço maior: pólo positivo (maior potencial)<br />
Durante a transformação energética ocorrem perdas <strong>de</strong><br />
energia.<br />
4.1 POTÊNCIA TOTAL: É a potência gerada pelo<br />
gerador.<br />
P T<br />
E.<br />
i<br />
3- REPRESENTAÇÃO DE UM GERADOR<br />
4.2 POTÊNCIA ÚTIL: É a potência lançada pelo gerador<br />
ao circuito externo.
P U<br />
U.<br />
i<br />
i <br />
E<br />
R r<br />
4.3 POTÊNCIA DISSIPADA: É a potência perdida<br />
internamente, ela é transformada principalmente em calor.<br />
2<br />
P D<br />
i . r<br />
4.4 RENDIMENTO: É a razão entre a potência útil e a<br />
potência total.<br />
Observações: Se no circuito houver vários resistores<br />
associa<strong>dos</strong> (em série e/ ou em paralelo), basta colocar no<br />
lugar <strong>de</strong> R na expressão o valor do Req (Resistência<br />
equivalente).<br />
i <br />
R<br />
E<br />
eq <br />
r<br />
<br />
P<br />
P<br />
U<br />
T<br />
<br />
U<br />
E<br />
7- CURVA CARCTERÍSTICA DE UM GERADOR<br />
U<br />
% x100<br />
E<br />
0 100%<br />
5- EQUAÇÃO CARACTERÍSTICA DO GERADOR<br />
Como sabemos que: P T = P U + +P D , e efetuamos as <strong>de</strong>vidas<br />
substituições:<br />
E. i = U. i + i 2 . r<br />
Simplificando/dividindo toda a equação acima por “i”,<br />
teremos:<br />
E = U + r . i ou U = E – r . i<br />
5.1 Gerador i<strong>de</strong>al. A resistência interna do gerador é<br />
nula (r = 0) E = U.<br />
5.2 Gerador em aberto Não há nenhum instrumento<br />
ligado ao gerador (i = 0) E = U.<br />
5.3 Gerador em curto-circuito U = 0 i = i CC .<br />
0 = E – r . icc<br />
r . icc = E<br />
Quando i = 0 E = U (o circuito está aberto).<br />
Quando U = 0 i = i CC (o gerador está em curtocircuito).<br />
A área do retângulo <strong>de</strong>stacado é numericamente igual à<br />
potência lançada no circuito externo (P U ).<br />
8- ESTUDO GRÁFICO DA POTÊNCIA LANÇADA<br />
POR UM GERADOR EM UM CIRCUITO<br />
A potência lançada pelo gerador é: P U = i.U, e <strong>de</strong> acordo<br />
com a equação do gerador U = E – r.i, obtemos:<br />
P U<br />
E. i r.<br />
i<br />
2<br />
i CC<br />
<br />
E<br />
r<br />
6- LEI DE OHM-POUILLET<br />
Seja um gerador elétrico com força eletromotriz E <strong>de</strong><br />
resistência interna r. Ao ser percorrido por corrente<br />
elétrica <strong>de</strong> intensida<strong>de</strong> i, a ddp U mantida pelo gerador<br />
entre seus terminais será dada, como vimos, por:<br />
U = E – r . i<br />
Observe que, se tivermos um único elemento <strong>de</strong> resistência<br />
R ligado ao gerador teremos:<br />
U = R.i<br />
-Pouillet será dada por:<br />
Que é uma função do 2 0 grau, ou seja, o gráfico é uma<br />
parábola cuja concavida<strong>de</strong> está voltada para baixo.<br />
8.1) Potência útil nula (P U = 0)<br />
a) O gerador está em curto-circuito (i CC ).<br />
b) O gerador está em aberto (i = 0).<br />
8.2) Corrente elétrica máxima (i máx )
i<br />
máx<br />
<br />
iCC<br />
2 <br />
E<br />
2. r<br />
8.3) DDP máxima (U máx )<br />
U máx<br />
<br />
E<br />
2<br />
8.4) Potência máxima (P máx )<br />
2<br />
E<br />
P máx<br />
<br />
4.<br />
r<br />
8.5) Rendimento máximo ( máx )<br />
O rendimento elétrico do gerador, quando lança a potência<br />
máxima, é igual a:<br />
<br />
máx<br />
U<br />
<br />
E<br />
máx<br />
<br />
E<br />
2<br />
E<br />
0,5 <br />
máx<br />
50%<br />
Esse rendimento só será possível quando a resistência<br />
interna do gerador “r” for igual à resistência equivalente<br />
“R”.<br />
R = r<br />
9- ASSOCIAÇÃO DE GERADORES<br />
9.1- Associação em Série.<br />
a) Força Eletromotriz Equivalente<br />
E eq = E 1 + E 2 + E 3 +... + E n.<br />
b) Resistência Interna Equivalente<br />
r eq = r 1 + r 2 + r 3 +... + r n.<br />
c) Corrente Elétrica<br />
i eq = i 1 + i 2 + i 3 +... + i n.