GERADORES ELÉTRICOS

Considera-se gerador elétrico todo dispositivo que transforma energia não-elétrica (química, mecânica etc.) em energia elétrica. É importante salientar que o gerador não gera energia elétrica, apenas transforma em energia elétrica outra forma de energia. Como exemplo, pode-se citar as pilhas comuns, as baterias de carros, geradores eólicos, etc.

A representação de um gerador é feita por duas barras paralelas de tamanhos diferentes onde o traço maior indica um pólo positivo e o menor, o pólo negativo.

Força Eletromotriz (f.e.m.)

A função do gerador é a de manter a d.d.p. entre dois pontos de um circuito elétrico. É essa d.d.p. que permite o movimento ordenado das cargas que constituem a corrente elétrica.

Para transportar uma carga elétrica do menor potencial ao maior potencial, o gerador realiza um trabalho sobre ela.

A razão entre o trabalho

realizado pelo gerador e a quantidade de carga elétrica (q), que o percorre num certo intervalo de tempo considerado, é uma característica de cada gerador. Essa razão é denominada “força eletromotriz” do gerador.

A força eletromotriz é uma grandeza homogênea à d.d.p. Por isso, no SI, ela também é medida em volt (V).

Gerador Ideal

Denomina-se gerador ideal, aquele que funcionando normalmente fornece ao circuito externo toda potência elétrica por ele originada.

Assim pode-se escrever: U = E.

Gerador Real

Observa-se, na prática, que geradores ideais não existem. Um gerador em funcionamento não fornece ao circuito externo toda potência elétrica por ele transformada. Estes geradores possuem uma resistência interna que dissipa parte da energia “gerada”.

Neste caso, a d.d.p. fornecida pelo gerador é determinada por:

U = E – r.i

Gerador em curto circuito

Considera-se um gerador em curto circuito quando seus pólos são ligados por um fio condutor sem resistência. Nessas condições a d.d.p. U é nula e a corrente que o atravessa é máxima, denominada corrente de curto circuito (i_cc)

Gráfico U x i

Para o gerador real, ao construir um gráfico U x i, encontra-se uma reta decrescente:

No gráfico identifica-se a maior corrente elétrica possível no gerador como corrente de curto circuito.

O coeficiente angular da reta fornece o valor da resistência interna: r = tg a.

Circuito Simples – Lei de Pouillet

É o circuito onde a corrente possui apenas um caminho a seguir. O circuito mais simples é aquele constituído por um gerador e um resistor.

Observe que a d.d.p. U do gerador é a mesma no resistor, assim, tem-se:

No gerador: U = E – r.i

No resistor: U = R.i

Igualando, tem-se:

R.i = E – r.i

i (R + r) = E

Potências elétrica do gerador

Considerando a equação do gerador real onde E é a f.e.m., o U é a d.d.p. , r sua resistência interna e i a corrente elétrica que o atravessa, tem-se:

U = E – r.i

Como a potência é determinada pelo produto da corrente elétrica e a d.d.p ( P = i.U) pode-se multiplicar todos os termos da equação do gerador por i.

U.i = E.i – r.i²

Cada termo representa uma potência elétrica. Assim, tem-se:

P_U = U.i > Potência útil.

P_T = E.i > Potência total.

P_D = r.i² > Potência dissipada ou perdida.

Pelo princípio da conservação da energia, pode-se escrever:

P_T = P_U + P_D

Rendimento elétrico do gerador (h)

Chama-se rendimento de um gerador a razão entre a potência útil e a potência total:

ASSOCIAÇÃO DE GERADORES

Série

Observa-se que muitos aparelhos eletrônicos funcionam com mais de uma pilha. Elas podem ser associadas em série ou em paralelo, mas na maioria das vezes são associadas em série.

Seja um conjunto de geradores ligados, um em seguida do outro, de tal forma que sejam percorridos pela mesma corrente.

A força eletromotriz equivalente da associação será dada por:

E_S = E₁ + E₂ + E₃

A resistência interna do gerador equivalente será dada por:

r_S = r₁ + r₂ + r₃

Paralelo (Geradores Iguais)

Considerando apenas geradores iguais associados em paralelo, a força eletromotriz não aumenta, em compensação a resistência interna equivalente é menor que a resistência de cada gerador isoladamente, o que acaba reduzindo as perdas de energia elétrica.

Como E₁ = E₂ = E₃ = E , a f.e.m. equivalente será:

E_P = E

Como r₁ = r₂ = r₃ = r , a resistência interna equivalente será:

onde n é o número de geradores associados.

POTÊNCIA ELÉTRICA

A grandeza física potência, determina a rapidez com que uma máquina realiza trabalho ou consome energia. Assim, pode-se escrever:

Onde:

P – é a potência

E – é a energia consumida

Dt – é o tempo de funcionamento.

Considerando um resistor de resistência R submetido a uma ddp U e percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i, sabe-se que a energia consumida pelo resistor é dado por E = q . U, substituindo na relação dada pela potência, tem-se:

Onde, no sistema internacional:

P- é a potência (medida em watt - W)

i - é a corrente (medida em ampère - A)

U – é a ddp ou tensão ( medida em volt – V).