Geradores Elétricos

Gerador Elétrico
Gerador → dispositivo com função de transformar ou transferir
energia. Transforma qualquer tipo de energia em energia elétrica.
Exemplos: Usina hidrelétrica, usina termoelétrica, pilhas, baterias
etc.
Na realidade, o gerador não gera energia elétrica, apenas
transforma qualquer tipo de energia em energia elétrica. O gerador
fornece energia às cargas livres de um condutor, movimentando-as,
mantendo assim uma diferença de potencial entre dois
pontos quaisquer desse condutor.
▪ No símbolo de um gerador o traço maior indica um pólo positivo e o
menor, o pólo negativo.
▪ Quando se mede a tensão elétrica entre os pólos do gerador,
obtém-se uma grandeza denominada força eletromotriz (fem),
representada por E.
Gerador Real e Gerador Ideal
▪ A corrente elétrica no interior do gerador não é espontânea, mas
forçada. Assim, ela percorre o gerador no sentido do menor para o
maior potencial, ou seja, entra pelo pólo negativo e sai pelo positivo.
Potências de um gerador
O gerador não cria energia elétrica, ele apenas transforma qualquer
tipo de energia em energia elétrica e as fornece às cargas elétricas
que o atravessam. Mas, durante a passagem das cargas elétricas
pelo interior do gerador, ocorrem perdas energéticas. Assim,
esquematicamente tem-se:
Potg
GERADOR
Potℓ
Potd
Onde Potg representa a potência total gerada (recebida de forma
não elétrica), Potd a potência dissipada ou perdida no interior do
gerador e Potℓ a potência lançada pelo gerador ao meio exterior.
Potg = E . i
Potd = r . i2
Potℓ = U . i
Rendimento elétrico do gerador
Equação do gerador
Potg = Potℓ + Potd → E.i = U.i + r.i2 → E = U + r.i
U = E – r.i
Exemplos
1 – Um gerador elétrico tem potência de 0,6kW quando percorrido
por uma corrente de 50 A. Qual sua força eletromotriz?
Resolução:
Dados: i = 50 A / P = 0,6 kW = 600 W
P = E.i → 600 = E.50 → E = 12 V
2 – Quando uma bateria está em circuito aberto, um voltímetro
ligado em seus terminais marca 12 V. Quando a bateria está
fornecendo energia a um resistor R, estabelece no circuito uma
corrente de 1 A e o voltímetro registra 10 V nos terminais da bateria.
Determine a fem e a resistência interna da bateria.
Resolução:
Circuito aberto → E = U → E = 12 V
Circuito fechado → U = E – r.i → 10 = 12 – r.1 → r = 2 
Curva característica do gerador
Exemplos
1 – O funcionamento de uma bateria elétrica pode ser descrito pelo
gráfico U x i a seguir, onde U é a diferença de potencial entre os
terminais da bateria quando a mesma é atravessada pela corrente
elétrica i. Determine os valores da fem da bateria e de sua
resistência interna, bem como o valor da corrente para a qual a
bateria estará em curto circuito. Justifique suas respostas.
Resolução:
Dados do gráfico: icc = 60 A / E = 15 V
icc = E/r → 60 = 15/r → r = 0,25 Ω
2 – Ao adquirir um gerador, você observa na sua plaqueta de
especificações a seguinte inscrição: potência máxima igual a 300 W
e corrente de curto circuito igual a 20 A. Qual o valor da fem desse
gerador?
Resolução:
Dados: Potmax = 300 W / i = 20 A
Pmáx = E.i → 300 = E.20 → E = 15 V
3 – Uma bateria de automóvel tem fem de 12 V e resistência interna
0,5 . Determine a máxima intensidade de corrente elétrica que se
pode obter dessa bateria.
Resolução:
Dados: E = 12 V / r = 0,5 
imax = icc = E/r → imax = 12/0,5 → imax = 24 A
Exercícios: Pag. 206 do P193 ao P199
Potência útil máxima fornecida pelo gerador
Sendo a parábola uma figura simétrica, a potência será máxima
quando imáx = icc/2 = E/2r
Umáx = E/2
Pmáx = Umáx.imáx = (E/2).(E/2r) → Pmáx = E2 / 4r
Se o gerador estiver ligado a uma associação de resistores de
resistência equivalente Req a potência máxima fornecida à essa
associação será: Umáx = Req.imáx → E/2 = Req.(E/2r) → r = Req
Rendimento (η) do gerador quando a potência é máxima:
η = Umáx/E =(E/2)/E = 0,5 → quando a potência é máxima, o
rendimento é de 50%.
Exemplos
1 - (PUC) O gráfico mostra a potência lançada por um gerador num
circuito elétrico. Dentre as alternativas existe uma que não é
verdadeira. Assinale-a:
a) A força eletromotriz do gerador
é 20 V.
b) a corrente de curto circuito no
gerador é de 10 A.
c) A resistência interna do
gerador é de 2 Ω.
d) O gerador pode estar ligado a um circuito constituído por
resistores cuja resistência equivalente vale 2 Ω.
e) Quando a corrente é de 10 A, a potência útil é máxima.
Resolução:
a) Quando Pmáx = 50 W, imáx = 5 A
Pmáx = Umáx.imax → 50 = Umáx.5 → Umáx = 10 V
Umáx = E/2 → 10 = E/2 → E = 20 V (verdadeira)
b) imáx = icc /2 → 5 = icc /2 → icc = 10 A (verdadeira)
c) Icc = E/r → 10 = 20/r → r = 2 Ω (verdadeira)
d) Quando P é máxima → Req = r = 2 Ω (verdadeira)
e) Potência é máxima quando i = 5 A (falsa)
Alternativa e
2 - (UFMT) Ao adquirir um gerador, você observa na sua plaqueta de
especificações a seguinte inscrição: potência máxima igual a 300 W e
corrente de curto circuito igual a 20 A. Qual o valor da fem desse
gerador?
Resolução:
imáx = icc/2 = 20/2 = 10 A
Pmáx = Umáx.imáx → 300 = Umáx . 10 → Umáx = 30 V
Umáx = E/2 → 30 = E/2 → E = 60 V