Cursos do Blog - Eletricidade

Gerador Elétrico. Força eletromotriz. Equação do gerador. Curva característica de um gerador

Borges e Nicolau

Geradores  Elétricos

São dispositivos que fornecem energia elétrica aos circuitos onde são inseridos. Este fornecimento de energia elétrica se dá às custas de outra forma de energia. A bateria é um exemplo de gerador elétrico. Ela transforma energia química em energia elétrica.
A resistência elétrica dos materiais condutores que constituem um gerador é chamada resistência interna do gerador, sendo indicada por r.
Um gerador elétrico é ideal quando sua resistência interna é nula (r = 0).
A tensão elétrica ou a ddp entre os pólos de um gerador ideal é indicada por E e recebe o nome de força eletromotriz (fem).
Abaixo está a representação de um gerador ideal. Note que a corrente elétrica convencional atravessa o gerador no sentido do pólo negativo para o pólo positivo (Para lembrar: entra pelo – e sai pelo +).

Um gerador real, isto é, um gerador cuja resistência interna não é nula (r ≠ 0) é representado conforme o esquema abaixo.

A tensão U entre os pólos de um gerador real é igual à tensão que teríamos se ele fosse ideal (E) menos a tensão na resistência interna (ri). Assim, podemos escrever a chamada EQUAÇÃO CARACTERÍSTICA DO GERADOR:

U = E - r.i

Gerador em circuito aberto

Dizemos que um gerador está em circuito aberto quando não alimenta nenhum circuito elétrico externo. Nestas condições não passa corrente elétrica pelo gerador
(i = 0). Da equação característica do gerador, resulta:

U = E

Gerador em curto-circuito

Dizemos que um gerador está em curto-circuito quando seus pólos são ligados por um fio de resistência elétrica nula.

Nestas condições, a tensão entre os pólos do gerador é nula (U = 0) e a corrente elétrica que percorre o gerador é denominada corrente de curto circuito (i_cc). Da equação característica do gerador, resulta:

U = E - r.i => 0 = E - r.i_cc

i_cc = E/r

Curva característica de um gerador

De U = E – r.i, com E e r constantes concluímos que o gráfico U x i é uma reta inclinada decrescente em relação aos eixos U e i. O ponto A do gráfico tem coordenadas i = 0 e U = E e o ponto B tem coordenadas U = 0 e i = i_cc = E/r.

Exercícios básicos
 
Exercicio 1:
Um gerador elétrico possui força eletromotriz E = 12 V e resistência interna
r = 2,0 Ω.
a) Qual é a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador quando a tensão entre seus pólos é U = 8,0 V?
b) Sendo i = 4,0 A a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador, qual é a tensão elétrica entre seus pólos?.
 
Resolução:

a) De U – E – r.i, vem: 8,0 = 12 - 2,0.i => i = 2,0 A
b) De U – E – r.i, vem: U = 12 - 2,0.4,0 => U = 4,0 V

Respostas: a) 2,0 A; b) 4,0 V

Exercicio 2:
Um amperímetro ideal é ligado aos pólos de uma bateria de força eletromotriz
E = 6.0 V e resistência interna r = 1,0 Ω. Qual é a leitura do amperímetro?
DICA: O amperímetro ideal tem resistência elétrica nula. Ao ligá-lo aos pólos do gerador, este fica em curto-circuito.
 
Resolução:

O gerador fica em curto-circuito. Logo: i_cc = E/r => i_cc = 6,0/1,0 => i_cc = 6,0 A

Resposta: 6,0 A

Exercicio 3:
Um voltímetro ideal é ligado aos pólos de uma bateria de força eletromotriz
E = 6.0 V e resistência interna r = 1,0 Ω. Qual é a leitura do voltímetro?
DICA: O voltímetro ideal tem resistência infinitamente grande. Ao ligá-lo aos pólos do gerador, este fica em circuito aberto.

Resolução:

O voltímetro ideal tem resistência infinitamente grande. Ao ligá-lo aos polos do gerador, este fica em circuito aberto. Nestas condições: U = E = 6,0 V,

Resposta: 6,0 V

Exercicio 4:
É dada a curva característica de um gerador. Determine:
a) a força eletromotriz E;
b) a resistência interna r;
c) a intensidade da corrente de curto-circuito.
 

Resolução:

Do gráfico tiramos: a) e c)
a) E = 24 V e c) i_cc = 6,0 A
b) De i_cc = E/r, vem: 6,0 = 24/r => r = 4,0 Ω

Respostas: a) 24 V; b) 4,0 Ω; c) 6,0 A

Exercicio 5:
O gráfico abaixo representa a curva característica de um gerador. Determine:
a) a força eletromotriz E;
b) a resistência interna r;
c) a intensidade da corrente de curto-circuito.
 

Resolução:

a) e b)
De U = E – r.i, vem: 24 = E – r. 4,0 (1) e 12 = E – r.8,0 (2)
De (1) e (2), resulta : E = 36 V e r = 3,0 Ω
c) Sendo i_cc = E/r, vem: i_cc = 36/3,0 => i_cc = 12 A

Respostas: a) 36 V; 3,0 Ω; c) 12 A