LICEU DE ESTUDOS INTEGRADOS Aluno: ........................................................................................... Data: .......................... Série: 3º ano do ENSINO MÉDIO Professor: Marcos Antônio APOSTILA DE FÍSICA II BIMESTRE 1- DEFINIÇÃO Em circuitos elétricos, o gerador elétrico é o responsável pelo fornecimento de energia elétrica às cargas que constituem a corrente elétrica. Tendo em vista que energia não pode ser criada à custa de outra forma de energia, podemos definir: ENERGIA NÃO ELÉTRICA GERADOR ENERGIA ELÉTRICA Gerador elétrico é um dispositivo em que ocorre a conversão em energia elétrica de outras formas de energia. Como exemplos de geradores há as pilhas, as baterias, os geradores: hidrelétricos, solares, eólicos e nucleares. 2- FORÇA ELETROMOTRIZ (f.e.m.) (E) Força eletromotriz de um gerador é definida como o trabalho ( ) realizado sobre a unidade de carga (q), para deslocá-la do pólo negativo ao positivo. E q a) Unidade No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade da f.e.m. é o volt, representado por V. Um gerador possui dois terminais (pólos): a) Gerador Ideal É aquele que apresenta um rendimento de 100%, ou seja, consegue transformar toda energia não elétrica em energia elétrica. A energia elétrica do gerador (E) será fornecida em forma de ddp. b) Gerador Real A corrente elétrica entra no gerador no pólo negativo e passa para o pólo positivo; portanto, as cargas elétricas que chegam com baixa energia conseguem aumentá-la, saindo com mais energia. Ao atravessarem o gerador, as cargas elétricas chocam-se com partículas existentes nesse aparelho (gerador), dissipando um pouco de energia na forma de calor. Denominam-se essas resistências às cargas elétricas de resistência interna r. 4- AS POTÊNCIAS E O RENDIMENTO ELÉTRICO DE UM GERADOR Traço menor: pólo negativo (menor potencial) Traço maior: pólo positivo (maior potencial) Durante a transformação energética ocorrem perdas de energia. 4.1 POTÊNCIA TOTAL: É a potência gerada pelo gerador. PT E.i 4.2 POTÊNCIA ÚTIL: É a potência lançada pelo gerador ao circuito externo. 3- REPRESENTAÇÃO DE UM GERADOR PU U .i 4.3 POTÊNCIA DISSIPADA: É a potência perdida internamente, ela é transformada principalmente em calor. PD i 2 .r 4.4 RENDIMENTO: É a razão entre a potência útil e a potência total. PU U PT E % i E Rr Observações: Se no circuito houver vários resistores associados (em série e/ ou em paralelo), basta colocar no lugar de R na expressão o valor do Req (Resistência equivalente). i E Req r 7- CURVA CARCTERÍSTICA DE UM GERADOR U x100 E 0 100% 5- EQUAÇÃO CARACTERÍSTICA DO GERADOR Como sabemos que: PT = PU + +PD, e efetuamos as devidas substituições: E. i = U. i + i2. r Simplificando/dividindo toda a equação acima por “i”, teremos: Quando i = 0 E = U (o circuito está aberto). Quando U = 0 i = iCC (o gerador está em curtocircuito). E = U + r . i ou U = E – r . i A área do retângulo destacado é numericamente igual à potência lançada no circuito externo (PU). 5.1 Gerador ideal. A resistência interna do gerador é nula (r = 0) E = U. 5.2 Gerador em aberto Não há nenhum instrumento ligado ao gerador (i = 0) E = U. 5.3 Gerador em curto-circuito U = 0 i = iCC. 8- ESTUDO GRÁFICO DA POTÊNCIA LANÇADA POR UM GERADOR EM UM CIRCUITO A potência lançada pelo gerador é: PU = i.U, e de acordo com a equação do gerador U = E – r.i, obtemos: 0 = E – r . icc r . icc = E iCC PU E.i r.i 2 E r 6- LEI DE OHM-POUILLET Seja um gerador elétrico com força eletromotriz E de resistência interna r. Ao ser percorrido por corrente elétrica de intensidade i, a ddp U mantida pelo gerador entre seus terminais será dada, como vimos, por: U=E–r.i Observe que, se tivermos um único elemento de resistência R ligado ao gerador teremos: U = R.i Que é uma função do 20 grau, ou seja, o gráfico é uma parábola cuja concavidade está voltada para baixo. 8.1) Potência útil nula (PU = 0) a) O gerador está em curto-circuito (iCC). b) O gerador está em aberto (i = 0). -Pouillet será dada por: 8.2) Corrente elétrica máxima (i máx) imáx iCC E 2 2.r 8.3) DDP máxima (Umáx) U máx E 2 8.4) Potência máxima (P máx) E2 Pmáx 4.r 8.5) Rendimento máximo ( máx) O rendimento elétrico do gerador, quando lança a potência máxima, é igual a: máx E U máx 2 0,5 máx 50% E E Esse rendimento só será possível quando a resistência interna do gerador “r” for igual à resistência equivalente “R”. R=r 9- ASSOCIAÇÃO DE GERADORES 9.1- Associação em Série. a) Força Eletromotriz Equivalente E eq = E1 + E2 + E3 +... + En. b) Resistência Interna Equivalente r eq = r1 + r2 + r3 +... + rn. c) Corrente Elétrica i eq = i1 + i2 + i3 +... + in.