Geradores (ENEM Física): Notas de revisão

Geradores

O que são geradores?

Um gerador é um dispositivo que converte diferentes tipos de energia em energia elétrica. Pense nele como um transformador de energia que pega energia mecânica, química ou de outras formas e a transforma em eletricidade que podemos usar.

    ——|+  -|——
        ε

Força eletromotriz (FEM)

A força eletromotriz, representada pela letra grega ε (épsilon), é a diferença de potencial máxima que um gerador consegue produzir quando não há corrente circulando pelo circuito (circuito aberto).

Gerador ideal versus gerador real

Gerador ideal

No mundo teórico, um gerador ideal fornece sempre a mesma tensão, independente da corrente que circula por ele.

Equação: $U = \varepsilon$

Onde:

• $U$ = tensão nos terminais do gerador
• $\varepsilon$ = força eletromotriz

Gerador real (não ideal)

Na prática, todo gerador possui uma resistência interna $(r)$ que causa uma queda de tensão quando a corrente aumenta.

Equação: $U = \varepsilon - r \cdot i$

Onde:

• $r$ = resistência interna do gerador
• $i$ = corrente elétrica

Potência em geradores

Existem três tipos de potência importantes:

1. Potência fornecida

É toda a potência que o gerador produz:

$P_{\text{fornecida}} = \varepsilon \cdot i$

2. Potência útil

É a potência que realmente chega ao circuito externo:

$P_{\text{útil}} = U \cdot i$

3. Potência dissipada

É a potência perdida na resistência interna:

$P_{\text{dissipada}} = r \cdot i^2$

Relação entre as potências:

$P_{\text{fornecida}} = P_{\text{útil}} + P_{\text{dissipada}}$

Rendimento do gerador

O rendimento $(\eta)$ mede o quão eficiente é o gerador, ou seja, que fração da energia fornecida é realmente aproveitada.

Fórmula: $\eta = \frac{U}{\varepsilon}$

Associação de geradores

Assim como resistores, os geradores podem ser associados de diferentes formas para obter características específicas.

Geradores em série

Quando ligamos geradores em série:

• As forças eletromotrizes se somam: $\varepsilon_{\text{eq}} = \varepsilon_1 + \varepsilon_2 + \varepsilon_3 + \ldots + \varepsilon_n$
• As resistências internas se somam: $r_{\text{eq}} = r_1 + r_2 + r_3 + \ldots + r_n$

Geradores em paralelo

Quando ligamos geradores idênticos em paralelo:

• A força eletromotriz equivalente permanece igual: $\varepsilon_{\text{eq}} = \varepsilon$
• A resistência interna equivalente diminui: $r_{\text{eq}} = \frac{r}{n}$

Onde $n$ é o número de geradores associados.