GERADOR ELÉTRICO
O gerador elétrico é o dispositivo cuja função é transformar em energia elétrica outras formas de energia. Portanto, ele não gera energia, apenas transforma em energia elétrica outra modalidade de energia não elétrica. Exemplos de geradores são: geradores mecânicos que transformam energia mecânica em elétrica, como as usinas hidrelétricas; geradores químicos que transformam energia química em elétrica, como as pilhas e baterias; geradores luminosos que transformam energia luminosa em elétrica, como os fotômetros; e geradores térmicos que transformam energia térmica em elétrica, como os termopares.
O gerador elétrico estabelece uma ddp entre dois pontos do circuito ao qual alimenta. Quando o gerador não está conectado a um circuito, existe uma ddp entre os seus terminais denominada força eletromotriz (fem) e simbolizada pela letra grega épsilon ε. O gerador possui certa resistência elétrica devido aos materiais que o compõem e a essa resistência chamamos resistência interna, simbolizada pela letra 𝒓. O gerador ideal é aquele que não possui perdas internas, ou seja, não possui resistência interna e, portanto, a ddp nos seus terminais é igual à força eletromotriz. Na prática, não existem geradores ideais; todo gerador possui resistência interna, sendo assim, a ddp nos seus terminais é menor que à força eletromotriz, devido à queda de tensão na resistência interna. A esse gerador chamamos gerador real. A figura a seguir mostra o símbolo utilizado para representar geradores elétricos.
Gerador
O traço maior representa o polo positivo e o traço menor o polo negativo. Nos geradores, a corrente elétrica sempre sai do polo positivo e entra no polo negativo, ou podemos dizer que o sentido da corrente no circuito externo é do polo positivo para o polo negativo.
Devemos observar que a força eletromotriz não é uma força no sentido físico que estudamos em Dinâmica, ela é uma diferença de potencial elétrico. Portanto, sua unidade é o volt(V).
EQUAÇÃO E GRÁFICO DO GERADOR
No gerador ideal, como não há resistência interna, a ddp nos seus terminais é igual à força eletromotriz: U = ε. Já no gerador real, existe uma queda de tensão na resistência interna dada por ri (Primeira lei de Ohm). Assim, a ddp nos terminais do gerador real é dada por:
U = ε - ri
Um gerador está em curto-circuito quando os seus terminais são conectados por um fio ideal. Nesse caso, a corrente que o percorre é chamada de corrente de curto-circuito icc. A ddp entre os terminais do gerador é nula, pois a resistência do fio é nula. Portanto:
U = ε - ricc = 0 ⇒ icc=\(\frac{ε}{r}\)
Um gerador está em aberto (circuito aberto), quando não está alimentando nenhum circuito externo. Nessas condições, não há passagem de corrente (i=0) e U = ε - ri ∴ U = ε.
O gerador representa o gráfico da tensão versus a corrente U×i. A equação característica U = ε - ri representa uma reta de coeficiente angular - r(inclinação da reta) e coeficiente linear ε(ponto do eixo das ordenadas no qual a reta intercepta).
Gerador
U = ε - ri ⇒ 90 = 120 - 4i
RECEPTOR ELÉTRICO
Receptor elétrico é o dispositivo que transforma energia elétrica em outra modalidade de energia que não seja exclusivamente energia térmica. Por exemplo: os motores elétricos transformam energia elétrica em energia mecânica; e as baterias recarregáveis, quando estão sendo recarregadas, transformam energia elétrica em energia química. Deve-se observar que esses receptores transformam energia elétrica em energia mecânica e química, respectivamente, no entanto, parte da energia elétrica é desperdiçada por efeito Joule, ou seja, é transformada em energia térmica. (Lembre-se de que o dispositivo cuja função é transformar energia elétrica, exclusivamente, em energia térmica é o resistor).
O receptor elétrico, como outros dispositivos elétricos, é constituído de condutores não ideias e que dissipam energia. Assim, o receptor possui uma resistência interna denotada por r´. Portanto, quando o receptor é conectado a um gerador, parte da tensão fornecida pelo gerador, U, sofre uma queda na resistência interna. A outra parcela da tensão recebida pelo receptor é a ddp útil para fins não térmicos, chamada de força contra-eletromotriz (fcem) e denotada por ε´. A representação de receptor elétrico, nos circuitos, é a mesma para gerador, sendo a única diferença o sentido da corrente. Nos geradores, a corrente sai do polo positivo e entra pelo polo negativo, enquanto que, nos receptores, a corrente sai pelo polo negativo e entra pelo polo positivo. A figura a seguir ilustra um receptor elétrico (ε´,r´), sendo U a ddp nos seus terminais e 𝒊 a corrente que o percorre.
Receptor
EQUAÇÃO E GRÁFICO DO RECEPTOR
Sabemos que a ddp U se divide em duas partes: r´, correspondentes à queda de tensão na resistência interna e ε´, correspondente à ddp útil. Assim, podemos escrever:
U = ε´ + r´i
A partir da equação característica do receptor, podemos traçar o gráfico U×i, sendo ε´ o coeficiente linear e r´ = tgθ o coeficiente angular.
Receptor
U = ε´ + r´i ⇒ 75 = 40 + 1i
OPERAÇÃO CONJUNTA ENTRE RECEPTOR E GERADOR
Em um circuito simples (aquele que oferece um único caminho para corrente) constituído de um gerador e um receptor, o gerador fornece a tensão elétrica ao receptor. Portanto, devemos ter ε > ε´ e o gerador impõe o sentido da corrente, conforme a figura a seguir:
Operação conjunta entre receptor e gerador
i é a corrente do circuito
Equação do gerador: U = ε - ri ⇒ 80 = 130 - 10i
Equação do recepitor (Moto cc): U = ε´ + r´i ⇒ 80 = 35 + 9i
Equação do gerador: U = ε - ri
Equação do recepitor (Moto cc): U = ε´ + r´i
Igualando ambas as equações:
U = ε - ri = ε´ + r´i ⇒ i = \(\frac{ε - ε´}{r + r´}\)
Esta é Lei de Pouillet para um circuito simples gerador-receptor. Graficamente, temos:
Operação conjunta entre receptor e gerador
Equação do gerador: U = ε - ri
Equação do recepitor: U = ε´ + r´i
Nesse gráfico, o ponto de interseção é denominado ponto de trabalho (ponto quiescente) e indica a tensão comum aos dois dispositivos e a corrente que percorre o circuito.
Equação do gerador: U = ε - ri ⇒ 80 = 130 - 10i
Equação do recepitor (Moto cc): U = ε´ + r´i ⇒ 80 = 35 + 9i
O ponto de quiescente possue tensão de 80 V e a corrente do circuito é de 5 A.
Observação: Alguns geradores funcionam como receptores devido à inversão de sua polaridade (inversão do sentido da corrente) chamados de geradores reversíveis. Um exemplo de gerador reversível são as baterias recarregáveis que ora atuam como gerador (fornecendo energia elétrica), ora atuam como receptores (transformando energia elétrica em energia química). Assim, em circuitos que envolvem gerador e receptor, vai atuar como gerador o elemento que apresentar maior fem.
