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GERADORES ELÉTRICOS
OBJETIVOS:
a) verificar o funcionamento de um gerador real; b) medir a resistência interna e a corrente de curto-circuito; c) levantar a curva característica de um gerador real.
INTRODUÇÃO TEÓRICA
Denomina-se gerador elétrico todo dispositivo que separa cargas elétricas positivas e negativas, mantendo entre elas uma diferença de potencial; o gerador em suma, converte qualquer tipo de energia em energia elétrica.
Geradores que transformam energia química em elétrica são os geradores eletroquímicos: acumuladores, baterias, pilhas etc.
Geradores que transformam energia mecânica em energia elétrica são os geradores eletromecânicos: dínamos, alternadores, etc.
Existe ainda um outro tipo de gerador: o gerador eletrotérmico ou termoelétrico.
No gerador termoelétrico temos o “ par termoelétrico” onde dois metais diferentes recebem calor e proporcionalmente geram tensão em seus terminais.
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 resistência elétrica própria, denominada “ resistência elétrica”.
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 VS será sempre igual a força eletromotriz E. Assim: V (^) S = E
O gerador real entretanto, apresenta uma resistência interna que representa a soma de todas as resistências do gerador.
A figura 2A mostra o esquema de um gerador real, onde “r” é a resistência de perda ou resistência interna.
Se o gerador for ligado a uma carga e passar a fornecer corrente, aparecerá uma perda interna de tensão devido a resistência interna, e dessa forma a tensão de saída V (^) S
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 perdas internas e dessa forma:
Vs = E - E’
Onde: E é a força eletromotriz e E’ é a tensão de perda devido a resistência interna.
Dessa forma obtemos a equação do gerador: 1
Vs = E - rI
A equação acima mostra que a corrente ao percorrer o gerador, experimenta uma elevação de potencial E e em seguida uma perda de tensão E’ na resistência interna.
A figura 3 mostra a representação gráfica da equação do gerador.
A resistência interna do gerador é dada por:
tgF 06 1 = r
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 resistência interna do gerador.
Esta corrente é denominada corrente de curto-circuito, simbolizada por ICC. Assim:
Vs = 0 F 05 C E = E’
logo:
I = I CC e ICC = E/r
Não se pode medir diretamente a resistência interna “r” do gerador com um ohmímetro, pois o mesmo seria danificado, assim como não se pode medir diretamente a corrente de curto-circuito, pois o gerador ficaria avariado.
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 gerador e extraindo desta esses dois parâmetros, conforme ilustram as figuras a seguir:
Teremos então:
tgF 06 1 = r = F 04 4 V/F 04 4 I
Tomando o gráfico da figura 4 e atribuindo valores para V e I no mesmo gráfico, resulta no gráfico da figura 5, o qual tomaremos como exemplo.
Para o gráfico da figura 5, qual a resistência interna do gerador e a corrente de curto-circuito?
Temos: F 0
4 4 V = 10 - 6,8 = 3,2V
F 0
4 4^ I = 4 - 0 = 4A
Desta forma, a resistência de perda será:
r = 3,2/4 = 0,8F 05 7
Calculando a corrente de curto-circuito:
I CC = E/r = 10/0,8 = 12,5A
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4- Porque não se pode medir diretamente a resistência interna de um gerador ou de uma pilha com um ohmímetro? Por quê?
5- Através do gráfico construído, tomando como base os dados da tabela 1, calcule: a) força eletromotriz b) resistência interna c) corrente de curto-circuito Cálculos:
6- Com os dados obtidos na questão 5 (acima), escreva a equação do gerador, utilizado nesta experiência.
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 com os medidos na tabela 2 e apresente conclusões:
8- Qual a finalidade do resistor R no circuito da figura 6?
9- Uma bateria de automóvel (com 3 elementos iguais e em série) tem uma f.e.m. (força eletromotriz) de 2,2V por elemento. Quando a bateria é ligada a um resistor de 4F 05 7 , a corrente é de 1,5A. Qual é a resistência interna de cada elemento? Qual é a corrente de curto-circuito da bateria? (apresentar cálculos)
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 500mA. Escreva a equação desse gerador (apresentar cálculos).
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