Geradores e Receptores
Olá pessoal! O Direto ao ponto tem como objetivo apresentar a teoria para aqueles que não querem perder tempo e precisam de um resumo de Física rápido da matéria. Vamos lá!
1. GERADOR
O gerador transforma algum tipo de energia (potencial gravitacional, cinética, química, etc) em energia elétrica. Os geradores equipam toda e qualquer usina de geração de energia elétrica (hidrelétrica, termelétrica, nuclear, eólica, solar, etc).
A tensão elétrica entre os pontos do gerador é como força eletromotriz (f.e.m), representada pela letra grega épsilon (ε ou Ε).
Na prática, podemos entender que a f.e.m é a energia total que os elétrons possuem dentro do gerador. Um gerador é dito ideal quando não há perdas na energia dos elétrons durante a sua movimentação no interior do gerador. Consideramos que a resistência interna do gerador é nula (r = 0).
A energia efetiva por unidade de carga será a ddp (U) que já conhecemos. Em um gerador real, U é sempre menor que ε.
1.1 A equação do gerador
A equação do gerador é uma simples equação que representa uma conservação de energia (por unidade de carga). Considere ε (energia total), U (energia efetiva) e r.i (energia perdida no interior do gerador). Podemos escrever:
Energia total = energia efetiva + energia dissipada
Muitos livros didáticos “isolam” a ddp (U) e escrevem a equação do gerador neste formato.
1.2 Tipos de ligação
· Gerador aberto
Um gerador está aberto quando ele não está conectado a nenhum dispositivo. A corrente elétrica que o atravessa ele é nula (i = 0). Dessa forma:
Como i = 0, temos:
· Gerador em curto-circuito
O gerador está em curto-circuito quando seus terminais são ligados por um fio de resistência nula. A corrente que sai do gerador é máxima e denominada corrente de curto-circuito (icc).
Como não existe resistência elétrica entre os pontos A e B, não há diferença de potencial entre os terminais, ou seja, UAB = 0. O valor da intensidade de corrente elétrica em um curto-circuito pode ser determinado pela equação do gerador.
A intensidade de corrente elétrica de curto-circuito é a máxima intensidade de corrente elétrica e pode atravessar um gerador.
A equação do gerador mostra desde a sua f.e.m. até a corrente de curto-circuito, passando pelos estágios intermediários.
O gráfico mostra que a ddp é máxima entre os terminais A e B ocorre quando o gerador está aberto (UAB = ε). A ddp diminui conforme a corrente elétrica aumenta até atingir o valor máximo, a corrente de curto-circuito, onde a d.d.p é nula (UAB = 0).
1.3 Potências e o rendimento do gerador
As potências envolvidas no gerador podem ser definidas e escritas da seguinte forma:
· Potência produzida no gerador (PTOTAL):
· Potência utilizada pelo circuito (PÚTIL):
· Potência dissipada pela resistência interna do gerador (PDISSIPADA):
Relacionando as três potências, temos:
O rendimento (η) do gerador pode ser definido como a divisão entre a potência útil (Pu) pela potência do gerador (Pg).
2. RECEPTORES
Os receptores são dispositivos que realizam o processo inverso dos geradores, ou seja, eles transformam energia elétrica em outro tipo de energia (cinética).
O receptor recebe energia elétrica do circuito e as cargas elétricas se movem do maior potencial (polo positivo) para o menor potencial (polo negativo).
A energia depositada por estas cargas é convertida em energia cinética e é representada por uma constante de proporcionalidade que é ε` a força contra eletromotriz (f.c.e.m) do receptor. O restante da energia depositada é transformado em calor, devido a resistência interna (r`), que dissipa parte a energia elétrica.
A equação do receptor é dada por:
O gráfico do receptor tem o formato abaixo.
2.1 Potências e rendimento do receptor
· Potência utilizada pelo motor no gerador (PÚTIL):
· Potência fornecida pelo circuito (PFORN):
· Potência dissipada pela resistência interna do receptor (PDISSIPADA):
Relacionando as três potências, temos:
O rendimento traduz o quando da energia depositada, sobre o receptor, ele consegue transformar em mecânica. O rendimento elétrico do receptor (η`) pode ser escrita como:
