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Revisão de Física: Geradores por Vestibular1

Revisão de Física: Geradores

Física: Geradores

Resumão – Revisão da Matéria de Física – Revisando seus conhecimentos
Física: Geradores

 

Revisão de Física: Geradores

 

Geradores

Chamamos de gerador elétrico a todo dispositivo capaz de manter uma ddp entre dois pontos de um circuito elétrico.
O gerador elétrico converte em energia elétrica outras formas de energia. Como exemplo podemos citar as pilhas e baterias, nas quais ocorrem a conversão de energia química em energia elétrica; nas usinas hidrelétricas temos a transformação de energia mecânica das águas em movimento em energia elétrica, através de geradores.

Nem toda energia elétrica gerada por um gerador é colocada à disposição do circuito elétrico ao qual ele está ligado; isso ocorre pois os geradores, regra geral, apresentam uma resistência interna r que será responsável pela dissipação, na forma de calor, de parte da energia elétrica gerada. Podemos, então, montar uma relação:

energia útil = energia gerada – energia dissipada
ou ainda: Eµ = Eg – Ed

Uma relação semelhante pode ser escrita em termos de potência:
potência útil = potência gerada – potência dissipada
Simbolicamente: Pµ = Pg – Pd

Para um gerador, verifica-se que é constante a relação entre a potência gerada e a intensidade de corrente que o atravessa; essa relação, que corresponde na verdade, a uma tensão elétrica, é impropriamente denominada de força eletromotriz (fem) do gerador e será representado pela letra ε.

A potência dissipada na resistência interna será dada por uma expressão já conhecida: Pd = r ∗ i²
sendo U a tensão nos terminais do gerador, a potência útil será: Pu = U ∗ i
Retornemos então a expressão: Pu = Pg – Pd e substituamos cada termo pela relação correspondente:
U ∗ i = ε ∗ i – r ∗ i²
U = ε – r ∗ i

Essa última expressão é conhecida como sendo a equação do gerador. Representando um gerador ligado entre dois pontos A e B, de um circuito, teremos:
O traço menor nessa figura representa o polo do gerador do menor potencial, também chamado de polo negativo, enquanto que o traço maior representa o terminal de maior potencial, o polo positivo. Note que a corrente elétrica ao atravessar o gerador caminha, o seu interior, do polo negativo para o polo positivo.
Um gerador está em circuito aberto quando não é atravessado por corrente elétrica a partir da equação do gerador.

Este resultado nos mostra que para um gerador em aberto a ddp nos seus terminais é igual ao valor de sua fem. Podemos, na prática, obter tal situação ligando os terminais de um gerador a um voltímetro ideal. Sendo a resistência interna do voltímetro ideal infinitamente grande, a corrente no circuito será nula.
A indicação do voltímetro será, igual a ε.

Uma outra situação particular corresponde ao gerador em curto-circuito. Para termos um gerador em curto-circuito devemos ligar seus terminais por meio de um fio sem resistência. Na prática, podemos realizar tal situação, ligando os terminais do gerador a um amperímetro ideal. A ddp nos seus terminais será nula e a corrente que o atravessa, nessas condições, é denominada corrente de curto-circuito, icc.

Podemos agora levantar a curva característica de um gerador, o que equivale a representar nu gráfico a tensão x x corrente, a expressão U = ε – r ∗ i.
O rendimento de um gerador é dado pelo quociente entre a potência útil e a potência gerada. Algebricamente: LEI DE Ohm – Pouillet
Consideremos um gerador de fem ε e resistência interna r ligado a uma resistência R, como mostra a figura abaixo:
Desejamos obter o valor da corrente i neste circuito; consideremos em primeiro lugar o gerador ligado entre os pontos A e B:
UAB = ε – r · i
A resistência R também está ligada entre os pontos A e B; a partir da primeira lei de Ohm:
UAB = R · i
Igualando as duas expressões, resulta:
R · i = ε – r · i ==> R · i + r · i = ε
Lei de Ohm-Pouillet: i = ———-
r + R
Caso o circuito apresente mais do que uma resistência externa ao gerador, a expressão acima assume a forma:
onde Req corresponde à resistência equivalente do circuito, externamente o gerador

 

Associações de Geradores

Série: Consideremos, por exemplo, três geradores associados em série; desejamos determinar as características do gerador equivalente. Chamaremos de εs ao valor da fem do gerador equivalente e rs à sua resistência interna
Temos então que:
PARALELO
No caso de geradores associados e paralelo, tratemos apenas da situação na qual os n geradores associados sejam idênticos, ou seja, de mesma fem ε e mesma resistência interna r.
Sendo i a corrente total, a corrente em cada gerador será ++++, uma vez que os geradores são todos iguais. Então: 

Para o gerador equivalente, de fem εp e resistência interna rp: U = εp – rp ∗ i
comparando as duas expressões, temos que:

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