GERADORES ELÉTRICOS

(1)

OBJETIVOS:

a) verificar o

a) verificar o funfuncionamento de um gerador rcionamento de um gerador real;eal;

b) medir a resistência interna e a corrente de curto-circuito; b) medir a resistência interna e a corrente de curto-circuito; c) levantar a curva característica de um gerador real.

c) levantar a curva característica de um gerador real.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

Denomina-se gerador elétrico todo dispositivo que separa cargas elétricas Denomina-se gerador elétrico todo dispositivo que separa cargas elétricas positivas e negativas, mantendo entre elas uma diferença de potencial; o gerador em positivas e negativas, mantendo entre elas uma diferença de potencial; o gerador em suma, converte qualquer tipo de energia em energia elétrica.

suma, converte qualquer tipo de energia em energia elétrica.

Geradores que transformam energia química em elétrica são os geradores Geradores que transformam energia química em elétrica são os geradores eletroquímic

eletroquímicos: os: acumuladores, baterias, pilhas etc.acumuladores, baterias, pilhas etc.

Geradores que transformam energia mecânica em energia elétrica são os Geradores que transformam energia mecânica em energia elétrica são os geradores eletromecânic

geradores eletromecânicos: os: dínamdínamos, os, alternadores, etc.alternadores, etc.

Existe ainda um outro tipo de gerador: o gerador eletrotérmico ou termoelétrico. Existe ainda um outro tipo de gerador: o gerador eletrotérmico ou termoelétrico. No gerador termoelétrico temos o “

No gerador termoelétrico temos o “ par termoelétrico” par termoelétrico” onde dois metaisonde dois metais diferentes recebem calor e proporcionalmente geram tensão em seus terminais.

diferentes recebem calor e proporcionalmente geram tensão em seus terminais.

Os geradores não fornecem toda a energia elétrica que produzem. Parte da Os geradores não fornecem toda a energia elétrica que produzem. Parte da energia elétrica produzida é perdida dentro do próprio gerador, em virtude de sua energia elétrica produzida é perdida dentro do próprio gerador, em virtude de sua resistência elétrica própria, denominada “

resistência elétrica própria, denominada “resistêncresistência ia elétrica”elétrica”..

Na figura 1A temos um gerador ideal e em 1B temos a sua curva característica. Na figura 1A temos um gerador ideal e em 1B temos a sua curva característica.

Em um gerador ideal, qualquer que seja a corrente fornecida, a tensão de saída Em um gerador ideal, qualquer que seja a corrente fornecida, a tensão de saída V

VSS será sempre igual a força eletromotriz E. Assim: Vserá sempre igual a força eletromotriz E. Assim: VSS = E= E

O gerador real entretanto, apresenta uma resistência interna que representa a O gerador real entretanto, apresenta uma resistência interna que representa a

GERADORES

ELÉTRICOS

(2)

A figura 2A mostra o esquema de um ger

A figura 2A mostra o esquema de um gerador real, onde “r” é a resistência deador real, onde “r” é a resistência de perda ou resistência interna.

perda ou resistência interna. Se o

Se o gerador for lgerador for ligado a igado a uma uma carga e carga e passar a passar a fornecer fornecer correntcorrente, aparecerá e, aparecerá umauma perda interna de tensão devido a resistência interna, e dessa forma a tensão de saída V perda interna de tensão devido a resistência interna, e dessa forma a tensão de saída V SS

não será mais igual a força eletromotriz E, conforme mostra a figura 2B. não será mais igual a força eletromotriz E, conforme mostra a figura 2B.

Nas condições de trabalho de um gerador real, devemos considerar então as Nas condições de trabalho de um gerador real, devemos considerar então as perdas internas e dessa forma:

perdas internas e dessa forma:

V

ss

= E -

= E - E’

E’

Onde: E é a força eletromotriz e E’ é a tensão de perda devido a resistênc Onde: E é a força eletromotriz e E’ é a tensão de perda devido a resistênc iaia interna.

interna.

Dessa forma obtemos a equação do gerador: Dessa forma obtemos a equação do gerador:

V

ss

= E - rI

A equação acima mostra que a corrente ao

A equação acima mostra que a corrente ao percorrer o gerador, experimenta umapercorrer o gerador, experimenta uma elevação de potencial E e e

elevação de potencial E e em seguida umm seguida uma perda de ta perda de tensão E’ na resistência interna.ensão E’ na resistência interna. A figura 3 mostra a representação gráfica da equação do gerador.

A figura 3 mostra a representação gráfica da equação do gerador. A resistência interna do gerador é dada por

A resistência interna do gerador é dada por::

ttg

g =

= rr

Se conectarmos os terminais do gerador diretamente, isto é, em curto-circuito, a Se conectarmos os terminais do gerador diretamente, isto é, em curto-circuito, a tensão de saída será nula e a corrente será a máxima possível, limitada apenas pela tensão de saída será nula e a corrente será a máxima possível, limitada apenas pela resistência interna do gerador.

(3)

Esta corrente é denominada corrente de

curto-Esta corrente é denominada corrente de curto-circuicircuito, to, simbsimbolizada por olizada por IICCCC..

Assim: Assim:

V

ss

= 0

E = E’

logo: logo:

I = I

CCCC

e

II

CCCC

= E/r

Não se pode medir diretamente a resistência interna “r” do gerador

Não se pode medir diretamente a resistência interna “r” do gerador com umcom um ohmímetro, pois o mesmo seria danificado, assim como não se pode medir diretamente ohmímetro, pois o mesmo seria danificado, assim como não se pode medir diretamente a corrente de

a corrente de curto-circuicurto-circuito, to, pois o gerador ficaria avariado.pois o gerador ficaria avariado.

A corrente de curto-circuito bem como a resistência interna de um gerador A corrente de curto-circuito bem como a resistência interna de um gerador devem ser obtidas experimentalmente, ou seja, levantando-se a curva característica do devem ser obtidas experimentalmente, ou seja, levantando-se a curva característica do gerador e extraindo desta esses dois parâmetros, conforme ilustram as figuras a seguir: gerador e extraindo desta esses dois parâmetros, conforme ilustram as figuras a seguir:

Teremos então: Teremos então:

ttg

g =

= r

r =

= V

V// II

Tomando o gráfico da figura 4 e at

(4)

Para o gráfico da figura 5, qual a resistência interna do gerador e a corrente de Para o gráfico da figura 5, qual a resistência interna do gerador e a corrente de curto-circuito? curto-circuito? Temos: Temos:

V = 10 - 6,8 = 3,2V

I = 4 - 0 = 4A

Desta forma, a resistência de perda será: Desta forma, a resistência de perda será:

r = 3,2/4 = 0,8

Calculando a corrente de curto-circuito: Calculando a corrente de curto-circuito:

II

CCCC

= E/r = 10/0,8 = 12,5A

PARTE PRÁTICA

MATERIAIS NECESSÁRIOS

1- Pilha de 1,5V

1- Pilha de 1,5V tamanho grandetamanho grande 1- Potenciômetro de fio, 22R 1- Potenciômetro de fio, 22R 1- Multímetro analógico ou

1- Multímetro analógico ou digitaldigital 1 -

1 - MódulMódulo de ensaios ETT-1o de ensaios ETT-1 1- Monte o circuito da figura 6.

1- Monte o circuito da figura 6. 2- Meça a tensão da pilha, com Sw

2- Meça a tensão da pilha, com Sw11 aberta.aberta.

Tensão na pilha________

3- Feche Sw1 e ajuste o potenciômetro para obter as correntes listadas de acordo com a 3- Feche Sw1 e ajuste o potenciômetro para obter as correntes listadas de acordo com a tabela 1.

tabela 1.

4- Meça as tensões fornecidas pela pilha, e anote na tabela 1. 4- Meça as tensões fornecidas pela pilha, e anote na tabela 1.

(5)

Tabela 1

I(mA)

0

100

200

300

400

500

V Vss(V)(V)

5- Monte o circuito da figura 7. 5- Monte o circuito da figura 7.

6- Com Sw

6- Com Sw11aberta, meça a tensão da pilha.aberta, meça a tensão da pilha.

Tensão da pilha________

7- Feche Sw

7- Feche Sw11 e complete a tabela 2.e complete a tabela 2.

Tabela 2

R

V

ss

(V)

I(mA)

4R7 4R7

8- Com os dados obtidos na tabela 1, construa o gráfico V

8- Com os dados obtidos na tabela 1, construa o gráfico Vss x I, em papel milimetradox I, em papel milimetrado

A4. A4.

QUESTÕES:

(6)

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 2- Porque um gerador não põe à disposição toda a potência que ele gera?

2- Porque um gerador não põe à disposição toda a potência que ele gera?

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 3- O que é corrente de curto-circuito?

3- O que é corrente de curto-circuito?

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 4- Porque não se pode medir diretamente a resistência interna de um gerador ou de uma 4- Porque não se pode medir diretamente a resistência interna de um gerador ou de uma pilha com um ohmímetro? Por

pilha com um ohmímetro? Por quê?quê?

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 5- Através do gráfico construído, tomando como base os dados da tabela 1, calcule: 5- Através do gráfico construído, tomando como base os dados da tabela 1, calcule:

a) força eletromotriz a) força eletromotriz b) resistência interna b) resistência interna c) corrente de

curto-c) corrente de curto-circuicircuitoto Cálculos: Cálculos: ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 6- Com os dados obtidos na questão 5 (acima), escreva a equação do gerador, utilizado 6- Com os dados obtidos na questão 5 (acima), escreva a equação do gerador, utilizado nesta experiência. nesta experiência. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 7- Utilizando somente a equação do gerador e o valor do resistor do circuito da figura 7, 7- Utilizando somente a equação do gerador e o valor do resistor do circuito da figura 7, calcule os valores da tensão de saída e da corrente do circuito. Compare esses dados calcule os valores da tensão de saída e da corrente do circuito. Compare esses dados com os medidos na tabela 2 e apresente conclusões:

com os medidos na tabela 2 e apresente conclusões:

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 8- Qual a finalidade do resistor R no circuito da figura

8- Qual a finalidade do resistor R no circuito da figura 6?6?

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

(7)

9- Uma bateria de automóvel (com 3 elementos

9- Uma bateria de automóvel (com 3 elementos iguais e em série) tem uma f.e.m. (forçaiguais e em série) tem uma f.e.m. (força ele

eletromotritromotriz) de 2,2z) de 2,2V por elV por elemenemento. Quanto. Quando a bado a bateria é lteria é ligaigada a um reda a um resistor dsistor de 4e 4 , a, a corrente é de 1,5A. Qual é a resistência interna de cada elemento? Qual é a corrente de corrente é de 1,5A. Qual é a resistência interna de cada elemento? Qual é a corrente de curto-circui

curto-circuito to da bateria? (apresentar cálculos)da bateria? (apresentar cálculos)

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 10- Um gerador em vazio apresenta uma tensão de saída igual a 15V. Quando aos 10- Um gerador em vazio apresenta uma tensão de saída igual a 15V. Quando aos terminais do mesmo é ligada uma lâmpada de 6W, ela irá consumir uma corrente de terminais do mesmo é ligada uma lâmpada de 6W, ela irá consumir uma corrente de 500mA. Escreva a equação desse gerador (apresentar cálculos).

500mA. Escreva a equação desse gerador (apresentar cálculos).

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________