Gerador Outras formas de energia Energia elétrica Receptor

GERADORES E RECEPTORES
CONTEÚDOS
 Geradores e receptores
 Força eletromotriz
AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS
Qual é a diferença entre um gerador e um receptor?
Existem alguns instrumentos que transformam outras formas de energia, em energia
elétrica. Estes instrumentos são denominados geradores.
Exemplos: pilhas, baterias e acumuladores.
Figura 1 – Geradores elétricos
Fonte: Kostiuchenko/PhotoBalance/Shutterstock.com
Entretanto, o contrário também pode acontecer. Existem instrumentos denominados
receptores, que transformam energia elétrica em outras formas de energia. Um exemplo
de receptor é o motor elétrico, que transforma a energia elétrica em energia mecânica de
movimento. Além disso, rádios e televisores, por exemplo, transformam energia elétrica
em luz e som.
Outras formas
de energia
Gerador
Energia elétrica
Energia dissipada
Energia elétrica
Receptor
Figura 2 – Geradores e receptores
Fonte: Fundação Bradesco
Outras formas
de energia
Um conceito importante associado aos geradores é a
força eletromotriz (fem)
representada pelo símbolo “ε”. A força eletromotriz pode ser entendida como a diferença
de potencial em condições ideais. É aquele valor de diferença de potencial que um
gerador pode fornecer, supondo que não haja perdas dentro do próprio gerador; o que é
inevitável devido à própria resistência interna dele.
Matematicamente, a força eletromotriz pode ser escrita como uma relação entre o valor
da carga (q) e o trabalho (τ) realizado sobre ela. Escreve-se essa relação entre a força
eletromotriz, o trabalho e a carga elétrica através da expressão:
ε=τ
q
Merece destaque ainda, uma outra expressão conhecida como equação do gerador que
é escrita da seguinte forma:
Força eletromotriz
Diferença de potencial
V = ε - r.i
Resistência interna do gerador
Corrente elétrica
Acompanhe no exercício resolvido a seguir, a utilização da equação do gerador.
Um gerador elétrico possui força eletromotriz ε = 12 V e resistência interna de valor 2 Ω.
a) Qual é a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador, quando a tensão
entre seus polos for igual a 8 V?
b) Se a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador for de 4 A, qual é a tensão
elétrica entre seus polos?
Resolução:
a) Utilizando a equação do gerador onde
corrente elétrica:
V = ε - r.i
8 = 12 – 2.i
8 – 12 = – 2.i
– 4 = – 2.i
ε
= 12 V, r = 2 Ω e V = 8 V, teremos para a
i=–4
–2
i=2A
A corrente que percorre o gerador vale 2 A.
b) Novamente, utilizando a equação do gerador onde, dessa vez ε = 12 V, r = 2 Ω e i = 4
A, teremos para a tensão elétrica:
V = ε - r.i
V = 12 – 2.4
V = 12 – 8
V=4V
A diferença de potencial entre os polos do gerador vale 4 V.
É importante que se perceba as diferentes características de cada um dos termos da
equação do gerador.
A força eletromotriz de um gerador não é uma força. É a diferença de potencial que
ele poderia fornecer se não houvesse perdas dentro do próprio gerador. Como isso é
inevitável (o gerador também oferece uma resistência à passagem da corrente), a
diferença de potencial fornecida é sempre menor do que aquela originária do trabalho
do gerador.
Simbolicamente, o gerador é representado conforme mostrado na ilustração.
Figura 3 – Representação simbólica de um gerador
Fonte: Fundação Bradesco
Pesquisa
Utilize os materiais indicados nas referências bibliográficas para conhecer e estudar a
equação do receptor.
ATIVIDADES
1. Um gerador de força eletromotriz ε = 9 V e resistência interna r = 1 Ω está em
funcionamento e a intensidade de corrente elétrica que o atravessa é 2 A. Nessas
condições, determine a diferença de potencial nos polos desse gerador.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
2. Uma bateria tem uma força eletromotriz de 10 V e resistência interna de 0,25 Ω quando
percorrida por uma corrente elétrica de 0,5 A. Utilizando essas informações, determine a
diferença de potencial entre os terminais da bateria.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
3. A partir dos dados informados na ilustração, determine o valor da força eletromotriz.
0,5 Ω
ε=?
2A
12 V
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
4. A diferença de potencial obtida nos terminais de um gerador é 12 volts. A força
eletromotriz nesse gerador tem o valor de 15 V. Quando entre os terminais do gerador for
percorrido por uma corrente elétrica de 5 A, sua resistência interna, em ohms, é igual a
a) 2.0.
b) 0,6.
c) 0,3.
d) 1,7.
e) 3,0.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
5. Dispõe-se de uma pilha de força eletromotriz 1,5 V que alimenta duas pequenas
lâmpadas idênticas. A ilustração indica a disposição da pilha, das lâmpadas, do valor da
diferença de potencial e os valores das correntes elétricas no circuito, e em cada lâmpada.
A
0,6 A
0,3 A
0,3 A
1,2 V
Lâmpada 1
Lâmpada 2
B
Considerando as informações apresentadas, para que as lâmpadas funcionem de acordo
com suas especificações indicadas, a resistência interna da pilha deve ter um valor de
a) 0,1 Ω.
b) 0,2 Ω.
c) 0,3 Ω.
d) 0,4 Ω.
e) 0,5 Ω.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
LEITURA COMPLEMENTAR
Geradores, receptores e o caminho da energia elétrica até a sua casa
Um aparelho doméstico, como um liquidificador, é também constituído de um interruptor,
um fio e um plugue. Para fazermos esse aparelho funcionar é preciso ligá-lo à tomada.
Normalmente, fazemos isso quase sem pensar. Entretanto, ligar um aparelho à tomada
significa fazer com que ele se torne parte de um circuito maior, que pode ter centenas de
quilômetros de extensão. A energia elétrica que utilizamos para movimentar os motores
dos eletrodomésticos, iluminar nossas casas ou aquecer a água nos chuveiros provém
de usinas geradoras, quase sempre distantes dos centros consumidores.
Se acompanharmos os fios que chegam a uma tomada, podemos verificar que eles estão
ligados à rede elétrica de nossa casa. Esta rede, por sua vez, está ligada aos fios que
vêm do poste, através da caixa de distribuição. Entre o poste e a caixa de distribuição,
há o aparelho que mede a quantidade de energia que consumimos (o relógio de luz). Este
aparelho é o ponto de ligação entre a rede elétrica residencial e os fios da rua. Esses fios,
antes de chegarem às residências, “passam” por sucessivos aparelhos, denominados
transformadores, localizados em pontos estratégicos ao longo da rede.
Os fios da rua são distribuídos a partir de uma subestação rebaixadora de tensão, que
está ligada por cabos de alta tensão a outra subestação, localizada ao lado da usina
geradora de energia elétrica. A função desta subestação é elevar a tensão gerada na
usina para ser transportada por longas distâncias.
Assim, o circuito elétrico que fechamos, ao ligarmos um aparelho elétrico em nossas casas,
envolve vários componentes elétricos, além de muitos quilômetros de fios.
A maior parte da energia elétrica utilizada no Brasil provém de usinas hidrelétricas.
Nessas usinas, a água é represada por meio de barragens que têm a finalidade de
proporcionar
um desnível de água capaz de movimentar gigantescas turbinas. As
turbinas estão ligadas a geradores de eletricidade, nos quais a energia mecânica de
rotação é transformada em energia elétrica que alimenta as subestações elevadoras de
tensão.
MENEZES, L., HOSOUME, Y. GREF - Física – Eletromagnetismo. São Paulo: Edusp, 1993.
INDICAÇÕES
Acesse
os
links:
https://www.youtube.com/watch?v=3VcqkGWyrU0
e
https://www.youtube.com/watch?v=ci_RBRQL98I e acompanhe as reflexões e os
exercícios propostos envolvendo os geradores elétricos.
No
capítulo
3
da
apostila
Eletrônica,
disponível
no
link:
http://eletro.g12.br/arquivos/materiais/eletronica1.pdf você poderá aprofundar seus
estudos sobre os geradores e os receptores.
REFERÊNCIAS
ALVARENGA, B. Curso de Física. São Paulo: Scipione, 2010. v. 3.
BERTOLO,
L.
Eletrodinâmica.
Disponível
em:
<http://bertolo.pro.br/computacao/Disciplinas/Fisica/Bimestre2/Fis04-Livro-Teoria.pdf>.
Acesso em: 03 ago. 2016. 10h44 min.
FERRARO.
N.
Receptor
elétrico.
Disponível
<http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2013/09/cursos-do-blogeletricidade_11.html>. Acesso em: 03 ago. 2016. 10h31min.
GASPAR, A. Física – volume 3. São Paulo: Ática, 2000.
HEWITT, P. Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2012.
em:
KOSTIUCHENKO/SHUTTERSTOCK.COM.
Geradores
elétricos.
Disponível
em:
<http://www.shutterstock.com/pic-406393420/stock-photo-two-aa-battery-isolated-onwhite-with-clipping-path.html?src=KQPQkuUzmsvoxdgkZRdGVw-1-63>. Acesso em: 03
ago. 2016. 08h20min.
PHOTOBALANCE/SHUTTERSTOCK.COM.
Geradores
elétricos.
Disponível
em:
<http://www.shutterstock.com/pic-256733260/stock-photo-accumulator-isolated-onwhite.html?src=QU0ICgMBmc1k6PwVi8TX_g-1-31>.
Acesso
em:
03
ago.
2016.
08h20min.
PIETROCOLA, M. Física em contextos: pessoal, social e histórico: volume 3. São
Paulo: FTD, 2011.
GABARITO
1. Utilizando a equação do gerador, onde
ε
= 9 V, r = 1 Ω e i = 2 A, teremos para a
diferença de potencial (V):
V = ε - r.i
V = 9 – 2.1
V=9–2
V=7V
2. De acordo com as informações do enunciado, a força eletromotriz
ε
= 10 V, a
resistência interna r = 0,25 Ω e a corrente elétrica i = 0,5 A. Teremos para a diferença de
potencial (V):
V = ε - r.i
V = 10 – 0,25.0,5
V = 10 – 0,125
V = 9,875 V
3. Utilizando a equação do gerador, V = 12 V, r = 0,5 Ω e i = 2 A, teremos para a força
eletromotriz (ε):
V = ε - r.i
12 = ε – 0,5.2
12 = ε – 1
ε = 12 + 1
ε = 13 V
4. Alternativa B
O enunciado do exercício informou que:
V = 12 V
ε = 15 V
i=5A
Para a determinação da resistência interna, utilizaremos a equação do gerador.
V = ε - r.i
12 = 15 – r.5
12 – 15 = – 5r
– 3 = – 5r
3 = 5r
r = 3/5
r = 0,6 A
5. Alternativa E
De acordo com o enunciado, a força eletromotiz vale 1,5 V.
A ilustração que acompanha o exercício informa que a corrente total que percorre o
circuito vale 0,6 A e a diferença de potencial é de 1,2 V.
Utilizando estes valores, determinamos a resistência interna.
V = ε - r.i
1,2 = 1,5 – r.0,6
1,2 – 1,5 = – 0,6.r
– 0,3 = – 0,6r
r = 0.3
0.6
r = 0,5 Ω