Geradores elétricos – Aula de Física Enem

Um gerador elétrico é todo o aparelho capaz de fornecer energia elétrica a um circuito, ou seja, capaz de realizar o funcionamento de aparelhos elétricos. Exemplos de geradores são pilhas, baterias, hidrelétrica, placa solar, etc.

Força eletromotriz

A tensão elétrica total que um gerador pode fornecer é chama de força eletromotriz (ε). Ela é definida como sendo o trabalho realizado (τ) dividido pela quantidade de carga Δq que atravessa uma secção reta de um condutor.

Por ser uma tensão elétrica, a força eletromotriz é medida também em volts (V).

Equação do gerador

Vimos que a tensão total que um gerador pode fornecer ao circuito é a sua força eletromotriz. Porém, todo o gerador possui uma resistência interna, que consome parte desta tensão, o que provoca uma diminuição da tensão real que é fornecida ao circuito. Portanto, podemos calcular a tensão fornecida pelo gerador (U) como sendo a diferença da sua força eletromotriz pela tensão consumida por sua resistência interna, o que nos dá a equação dos geradores:

Curva característica de um gerador

A equação do gerador pode ser vista como uma equação do 1º grau, onde a tensão U varia de acordo com a corrente elétrica i. Com isso, podemos construir o gráfico característico dos geradores.

Do gráfico, podemos encontrar a força eletromotriz, que é o ponto onde a reta intercepta o eixo vertical da tensão U. Além disso, podemos encontrar também a corrente de curto circuito i_cc, que é o ponto onde a tensão é zero (U = 0). Neste caso, a corrente elétrica não tem resistência em seu trajeto.

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Potência de um gerador

Em um gerador elétrico, podemos encontrar a potência total que ele pode fornecer ao nosso aparelho ligado ao circuito. Esta potência total (P_t) está relacionada com a tensão total que o gerador pode fornecer, ou seja, sua força eletromotriz. Podemos então calcular a potência total como:

Nem toda a potência que o gerador possui é convertida em energia elétrica para o circuito, devido à sua resistência interna. Por isso, temos que a parte que é utilizada pelo circuito é a potência útil (P_u) e a parte que é dissipada pela resistência interna do gerador, a potência dissipada (P_d). Podemos calculá-las através das seguintes equações:

Desta forma, podemos ainda dizer que toda a potência que o gerador possui é a soma das potências útil e dissipada:

Rendimento

Podemos encontrar o rendimento de um gerador (η), ou seja, uma razão que nos diz quanto da potência total do gerador é convertida para utilização do circuito. Desta forma, definimos rendimento como a razão da potência útil pela potência total.

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Desafios

Questão 1

(UFSCAR-SP) Com respeito aos geradores de corrente contínua e suas curvas características U × i, analise as afirmações seguintes:

I. Matematicamente, a curva característica de um gerador é decrescente e limitada à região contida no primeiro quadrante do gráfico.

II. Quando o gerador é uma pilha em que a resistência interna varia com o uso, a partir do momento em que o produto dessa resistência pela corrente elétrica se iguala à força eletromotriz, a pilha deixa de alimentar o circuito.

III. Em um gerador real conectado a um circuito elétrico, a diferença de potencial entre seus terminais é menor que a força eletromotriz.

Está correto o contido em:

a) I, apenas.

b) II, apenas.

c) I e II, apenas.

d) II e III, apenas.

e) I, II e III.

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Questão 2

(FUVEST-SP) Uma bateria possui força eletromotriz ε e resistência interna R_o. Para determinar essa resistência, um voltímetro foi ligado aos dois polos da bateria, obtendo-se V_o = ε (situação I). Em seguida, os terminais da bateria foram conectados a uma lâmpada. Nessas condições, a lâmpada tem resistência R = 4 Ω e o voltímetro indica V_A (situação II), de tal forma que V_o / V_A = 1,2. Dessa experiência, conclui-se que o valor de R_o é

a) 0,8 Ω

b) 0,6 Ω

c) 0,4 Ω

d) 0,2 Ω

e) 0,1 Ω

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Questão 3

(PUC) A figura mostra o valor da tensão nos terminais de um gerador real em função da corrente por ele fornecida. A resistência internado gerador é de:

a) 0,5 Ω

b) 1,0 Ω

c) 2,0 Ω

d) 4,0 Ω

e) 6,0 Ω

Questão 4

(FATEC) Uma pilha elétrica tem força eletromotriz ε = 6,0 V e resistência internar = 0,20 Ω. Assim:

a) A corrente de curto circuito é i_cc = 1,2 A.

b) Em circuito aberto, a tensão entre os terminais é U = 2,0V.

c) Se a corrente for i = 10 A, a tensão entre os terminais é U = 2,0V.

d)Se a tensão entre os terminais U = 5,0V, a corrente é i = 25 A.

e)n.d.a

Questão 5

A força eletromotriz de uma bateria é:

a) A força elétrica que acelera os elétrons.

b) Igual à tensão elétrica entre os terminais da bateria quando a eles está ligado um resistor de resistência nula.

c) A força dos motores ligados à bateria.

d) Igual ao produto da resistência interna pela intensidade da corrente.

e) Igual à tensão elétrica entre os terminais da bateria quando eles estão em aberto.