Geradores, receptores e capacitores
Prof. Mauro
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Os geradores são dispositivos que convertem qualquer forma de energia em energia elétrica. Como exemplo, podemos citar geradores hidrelétricos e geradores nucleares.
Representação esquemática do gerador.
Geradores
Os receptores são dispositivos que convertem energia elétrica em outra forma de energia que não seja exclusivamente térmica. Podemos citar como exemplos o rádio e o ventilador.
Receptores
Representação esquemática de um receptor.
Geradores elétricos
Pilha - transforma energia química em elétrica. Mantém, uma diferença de potencial (ddp) - U (medida em volts) - constante nos terminais do circuito, causando uma corrente elétrica que alimente os elementos do circuito para que eles possam cumprir suas finalidades.
Sentido convencional da corrente
Sentido real da corrente
Movimento espontâneo dos elétrons em um fio condutor.
No polo negativo, a corrente percorre o interior do gerador até o polo positivo sem cessar.
No interior do gerador, a corrente elétrica se dá do polo negativo para o positivo.
Adotando o sentido convencional da corrente - que é o sentido de i no circuito externo ao gerador - que se dá do seu polo positivo para o seu polo negativo.
Os elétrons realizam um movimento "forçado" em direção ao polo negativo, ou seja, no mesmo sentido do campo elétrico.
Esse movimento requer o consumo de uma forma de energia qualquer e a realização de trabalho, daí o nome força eletromotriz (fem) para a tensão e entre as placas do gerador.
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No caso dos geradores reais, parte da energia elétrica obtida é dissipada no próprio gerador, pois sendo atravessado por uma corrente, dissipa parte da energia na forma de calor por efeito Joule. Dizemos, então, que o gerador real possui uma resistência interna r, que causa essa dissipação.
Geradores reais
U = E – R.i
Caso o gerador fosse ideal e sua resistência interna r fosse igual a zero, não haveria dissipação de energia no seu interior e a tensão disponível U nos seus terminais seria igual a sua força eletromotriz E.
Geradores ideais
A equação anterior é conhecida como a equação característica do gerador elétrico. O seu estudo nos permitirá chegar a importantes conclusões.
O coeficiente angular da reta é numericamente igual a menos a resistência interna do gerador.
Caso haja um circuito formado por um gerador real e um resistor, a corrente elétrica que passa pelo gerador pode ser calculada por meio da lei de Pouillet.
Lei de Pouillet: circuito gerador-resistor
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A potência elétrica nos terminais de um dipolo é dada por: P = U . i
Energia e potência elétrica do gerador
Potência máxima
Rendimento de um gerador
Associação de geradores em série
Associação de geradores
Na associação de geradores em série, a força eletromotriz equivalente é a soma das forças eletromotrizesde todos os geradores. A resistência interna equivalente também é a soma das resistências internasde todos eles. A potência fornecida ao circuito é maior, pois a fem do sistema aumentou.
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Associação de geradores em paralelo
Vantagens
Redução da resistência interna, o que proporciona maior estabilidade na tensão de operação.
Aumento da potência fornecida ao sistema através do aumento da corrente que circula por ele.
Receptor elétrico
Esse é o elemento passivo do circuito que tem por finalidade transformar energia elétrica em qualquer outra forma de energia que não seja exclusivamente térmica.
Um motor elétrico é um bom exemplo de receptor. Ele converte parte da energia elétrica que recebe em energia mecânica.
O sentido de i no circuito externo se dá do seu polo negativo para o seu polo positivo. O movimento dos elétrons no circuito externo não é espontâneo.
Nos terminais do receptorℰ’ é chamada força contraeletromotriz (fcem).
Energia elétrica⇒energia mecânica (no caso do motor).
O sentido da corrente no interior de um receptor é do polo positivo para o negativo.
O movimento dos elétrons, ocorre espontaneamente do polo negativo para o positivo.
A força elétrica realiza um trabalho positivo sobre as cargas e, nesse trajeto, a energia elétrica é convertida em outra forma de energia.
Para um receptor ideal conectado a um gerador
⇒ U’ = ℰ’
Receptores ideais
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Nos receptores reais, há uma resistência interna r' responsável pela dissipação, por efeito Joule, de parte da energia que é entregue ao receptor.
Receptores reais
Lei de Pouillet para um circuito gerador -
resistor-receptor
Energia e potência elétrica do receptor
Rendimento de um receptor
Todo par de condutores separados por um dielétrico e carregados com carga do mesmo módulo, porém do sinais opostos, constitui um capacitor ou condensador elétrico.
Capacitores
Ele é um elemento que tem, no circuito, a função de armazenar energia potencial elétrica por meio do armazenamento de cargas elétricas.
A representação gráfica do capacitor
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Capacitância
A capacitância C de um capacitor depende:
da geometria do capacitor.
do dielétrico que o preenche.
As cargas elétricas armazenadas nas armaduras de um capacitor conectado a um gerador estão sujeitas a uma diferença de potencial U e, portanto, esse sistema também armazena energia potencial elétrica. Supondo a capacitância constante..
Energia potencial elétrica armazenada
em um capacitor
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Associação de capacitores
Associação de capacitores em série
Energia potencial elétrica armazenada na associação em série.
Associação de capacitores em paralelo
Energia potencial elétrica armazenada na associação em paralelo.
Tensão sobre os elementos de um circuito
Leis de Kirchhoff
Ao se percorrer uma malha, o somatório algébrico das ddps é nulo.
Lei de Kirchhoff das correntes (LKC) ou lei dos nós:
O somatório da intensidade das correntes que chegam a um nó é igual ao somatório da intensidade das correntes que saem desse nó.
Lei de Kirchhoff das tensões (LKT) ou lei das malhas:
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Resolução de circuitos elétricos
Circuitos com uma única malha
Primeiro método
Segundo método
Aplicando a lei de Kirchhoff de tensões (LKT), teremos outra forma de resolver o problema.
O sinal negativo encontrado indica a nós que o sentido da corrente escolhido a princípio não é correto e que a corrente elétrica flui, na verdade, no sentido horário. Esse resultado coincide com o inicialmente encontrado utilizando-se a lei de Pouillet.
Circuitos com mais de uma malha
O primeiro passo é atribuir o sentido das correntes, essa escolha é totalmente arbitrária.
Instrumentos de medidas elétricas
Os galvanômetros são aparelhos de resistência interna muito baixa; portanto, capazes de detectar correntes muito baixas, na faixa de microamperes.
Correntes na ordem de miliamperes já danificam mesmo os aparelhos menos sensíveis. Portanto, é necessário que se acople ao galvanômetro resistências de valores adequados à ordem de grandeza das correntes e tensões a serem medidas, a fim de evitar danos.
Galvanômetro
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Amperímetro
O amperímetro é um instrumento de medida de corrente. Ele deve ser ligado em série com o ramo que se deseja medir.
O amperímetro ideal é aquele que possui resistência interna nula.
Nesse exemplo, o galvanômetro utilizado como amperímetro suporta, no máximo, uma corrente de 1 mA.
E aí?
Voltímetro
O voltímetro é um aparelho de medida de tensão e deve ser ligado em paralelo com os pontos entre os quais se deseja medir
O voltímetro ideal é aquele que possui resistência interna infinita.
O voltímetro é obtido por meio da associação de um galvanômetro com um resistor cuja resistência, RM, tenha valor muito grande comparado a RG. Esse resistor, denominado multiplicador.
