Estudo dos Geradores - Liceu de Estudos Integrados

LICEU DE ESTUDOS INTEGRADOS
Aluno: ........................................................................................... Data: ..........................
Série: 3º ano do ENSINO MÉDIO
Professor: Marcos Antônio
APOSTILA DE FÍSICA
II BIMESTRE
1- DEFINIÇÃO
Em circuitos elétricos, o gerador elétrico é o
responsável pelo fornecimento de energia elétrica às
cargas que constituem a corrente elétrica. Tendo em vista
que energia não pode ser criada à custa de outra forma de
energia, podemos definir:
ENERGIA NÃO ELÉTRICA GERADOR ENERGIA ELÉTRICA
Gerador elétrico é um dispositivo em que ocorre a
conversão em energia elétrica de outras formas de energia.
Como exemplos de geradores há as pilhas, as baterias, os
geradores: hidrelétricos, solares, eólicos e nucleares.
2- FORÇA ELETROMOTRIZ (f.e.m.) (E)
Força eletromotriz de um gerador é definida como
o trabalho ( ) realizado sobre a unidade de carga (q), para
deslocá-la do pólo negativo ao positivo.
E
q
a) Unidade
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade da
f.e.m. é o volt, representado por V.
Um gerador possui dois terminais (pólos):
Traço menor: pólo negativo (menor potencial)
a) Gerador Ideal
É aquele que apresenta um rendimento de 100%, ou seja,
consegue transformar toda energia não elétrica em energia
elétrica.
A energia elétrica do gerador (E) será fornecida em forma
de ddp.
b) Gerador Real
A corrente elétrica entra no gerador no pólo negativo e
passa para o pólo positivo; portanto, as cargas elétricas que
chegam com baixa energia conseguem aumentá-la, saindo
com mais energia. Ao atravessarem o gerador, as cargas
elétricas chocam-se com partículas existentes nesse
aparelho (gerador), dissipando um pouco de energia na
forma de calor. Denominam-se essas resistências às cargas
elétricas de resistência interna r.
4- AS POTÊNCIAS E O RENDIMENTO ELÉTRICO
DE UM GERADOR
Traço maior: pólo positivo (maior potencial)
Durante a transformação energética ocorrem perdas de
energia.
4.1 POTÊNCIA TOTAL: É a potência gerada pelo
gerador.
P T
E.
i
3- REPRESENTAÇÃO DE UM GERADOR
4.2 POTÊNCIA ÚTIL: É a potência lançada pelo gerador
ao circuito externo.

P U
U.
i
i
E
R r
4.3 POTÊNCIA DISSIPADA: É a potência perdida
internamente, ela é transformada principalmente em calor.
2
P D
i . r
4.4 RENDIMENTO: É a razão entre a potência útil e a
potência total.
Observações: Se no circuito houver vários resistores
associados (em série e/ ou em paralelo), basta colocar no
lugar de R na expressão o valor do Req (Resistência
equivalente).
i
R
E
eq
r
P
P
U
T
U
E
7- CURVA CARCTERÍSTICA DE UM GERADOR
U
% x100
E
0 100%
5- EQUAÇÃO CARACTERÍSTICA DO GERADOR
Como sabemos que: P T = P U + +P D , e efetuamos as devidas
substituições:
E. i = U. i + i 2 . r
Simplificando/dividindo toda a equação acima por “i”,
teremos:
E = U + r . i ou U = E – r . i
5.1 Gerador ideal. A resistência interna do gerador é
nula (r = 0) E = U.
5.2 Gerador em aberto Não há nenhum instrumento
ligado ao gerador (i = 0) E = U.
5.3 Gerador em curto-circuito U = 0 i = i CC .
0 = E – r . icc
r . icc = E
Quando i = 0 E = U (o circuito está aberto).
Quando U = 0 i = i CC (o gerador está em curtocircuito).
A área do retângulo destacado é numericamente igual à
potência lançada no circuito externo (P U ).
8- ESTUDO GRÁFICO DA POTÊNCIA LANÇADA
POR UM GERADOR EM UM CIRCUITO
A potência lançada pelo gerador é: P U = i.U, e de acordo
com a equação do gerador U = E – r.i, obtemos:
P U
E. i r.
i
2
i CC
E
r
6- LEI DE OHM-POUILLET
Seja um gerador elétrico com força eletromotriz E de
resistência interna r. Ao ser percorrido por corrente
elétrica de intensidade i, a ddp U mantida pelo gerador
entre seus terminais será dada, como vimos, por:
U = E – r . i
Observe que, se tivermos um único elemento de resistência
R ligado ao gerador teremos:
U = R.i
-Pouillet será dada por:
Que é uma função do 2 0 grau, ou seja, o gráfico é uma
parábola cuja concavidade está voltada para baixo.
8.1) Potência útil nula (P U = 0)
a) O gerador está em curto-circuito (i CC ).
b) O gerador está em aberto (i = 0).
8.2) Corrente elétrica máxima (i máx )

i
máx
iCC
2
E
2. r
8.3) DDP máxima (U máx )
U máx
E
2
8.4) Potência máxima (P máx )
2
E
P máx
4.
r
8.5) Rendimento máximo ( máx )
O rendimento elétrico do gerador, quando lança a potência
máxima, é igual a:
máx
U
E
máx
E
2
E
0,5
máx
50%
Esse rendimento só será possível quando a resistência
interna do gerador “r” for igual à resistência equivalente
“R”.
R = r
9- ASSOCIAÇÃO DE GERADORES
9.1- Associação em Série.
a) Força Eletromotriz Equivalente
E eq = E 1 + E 2 + E 3 +... + E n.
b) Resistência Interna Equivalente
r eq = r 1 + r 2 + r 3 +... + r n.
c) Corrente Elétrica
i eq = i 1 + i 2 + i 3 +... + i n.