Força eletromotriz

Objetivo:

Simular a construção de um gerador ideal, levantando dados de curva característica de um gerador, determinar experimentalmente a resistência interna , a força eletro motriz e a corrente de curto circuito.

Introdução:

O gerador elétrico é um dispositivo capaz de manter uma diferença de potencial entre dois pontos de um circuito elétrico, ele converte em energia elétrica, outras formas de energia, como, por exemplo, pilhas e baterias nas quais ocorrem as conversões de energia química em energia elétrica. Nas usinas hidrelétricas temos a transformação de energia mecânica das águas em movimento em energia elétrica, através de geradores.

Nem toda energia elétrica gerada por um gerador é colocada à disposição do circuito elétrico ao qual ele está ligado, isso ocorre, pois os geradores apresentam uma resistência interna que será responsável pela dissipação, na forma de calor (ou efeito Joule) de parte da energia elétrica gerada.

Energia útil = Energia Gerada - Energia Dissipada

Força eletromotriz (E)

Uma fonte de energia externa é necessária na maioria dos circuitos elétricos para deslocar a carga através do circuito, tendo um componente que mantém a diferença de potencial entre dois pontos do circuito, esse componente é a força eletromotriz (símbolo E – abreviada Fem).

Uma fonte de força eletromotriz deve ser capaz de realizar trabalho sobre os portadores de carga que nela entram. No seu interior, a fonte atua no sentido de deslocar cargas positivas de um ponto de potencial mais baixo, para outro de potencial mais alto.

Quando uma corrente estacionaria se estabelece no circuito, uma mesma quantidade de carga atravessa qualquer seção do circuito no tempo .Essa carga também penetra na fonte de fem (E) pelo seu terminal negativo, saindo depois pelo positivo. Para acontecer isso a fonte tem que realizar um trabalho ( ) sobre os portadores de carga (positivos), se movendo na direção de potencial mais elevado, é uma relação entre a energia total que o gerador fornece a uma determinada carga elétrica e o valor dessa carga é uma constante.

A unidade de fem é o Joule/Coulomb 1 Volt

A chamada Fem de um gerador, na verdade, não é uma força, no sentido mecânico do termo, não podemos medi-la em Newton, e sim uma diferença de potencial que o gerador poderia fornecer se não houvesse perdas dentro do próprio gerador. Como essas perdas são inevitáveis, pois o gerador também oferece uma resistência à passagem da corrente, a diferença de potencial fornecida é sempre menor do que aquela originária do trabalho do gerador (por causa disso, representaremos um gerador sempre acompanhado de um pequeno resistor).

Podemos definir uma fonte fem (gerador) como sendo um dispositivo em que energia química, mecânica ou de outra natureza qualquer é transformada em energia elétrica. A energia acumulada não aumenta, pois ela é convertida em energia interna no resistor é dissipada sob a forma de calor produzida pelo efeito joule.

Resistência interna de um gerador ( )

Quando a corrente atravessa o gerador, passa por condutores, que tem uma certa resistência, que é a resistência interna (r), durante um intervalo de tempo ( ), portanto nem toda a energia elétrica que o gerador fornece é entregue ao circuito externo,pois uma quantidade de calor aparece no resistor, devido ao efeito joule. Durante esse mesmo tempo, uma quantidade de carga igual a ( ), terá sido deslocada através da força eletromotriz, que terá realizado sobre ela um trabalho ( ).

Através do principio de conservação de energia, o trabalho realizado pela fonte de fem deve ser igual à energia térmica,

Onde: I = corrente elétrica

r = resistência interna

dt = intervalo de tempo

Equação do gerador

Se a resistência interna do gerador é nula ( ), o gerador é chamado de gerador ideal, pois não dissipa energia. Nesse caso (que não ocorre na pratica), a diferença de potencial (U) entre seus terminais é igual à força eletromotriz.

e

equação do gerador

Onde: E é a força eletromotriz

r a resistência interna

I a corrente elétrica

Nessa situação diferença de potencial entre os pólos A e B do gerador, isto é, a tensão fornecida ao circuito externo é menor que sua fem.

Num circuito simples formado por um gerador e um resistor, a diferença de potencial (U) ente os terminais A e B.

Porem está tensão é a fornecida ao circuito externo; portanto a tensão a que está submetido o resistor (R), logo , comparando as duas expressões, temos:

Obtemos a corrente,

Onde: E é a força eletromotriz

r a resistência interna

I a corrente elétrica

R a resistência

Corrente de curto-circuito (Icc)

Se ligarmos os dois terminais