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.
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 (icc)
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:
PU = U.i > Potência útil.
PT = E.i > Potência total.
PD = r.i² > Potência dissipada ou perdida.
Pelo princípio da
conservação da energia, pode-se escrever:
PT = PU + PD
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:
ES = E1 + E2 + E3
A resistência interna
do gerador equivalente será dada por:
rS = 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:
EP = E
Como r1 =
r2 = r3 = r ,
a resistência interna equivalente será:
onde n é o número de geradores associados.
