Planejativo

Geradores elétricos

Carga elétrica

Força elétrica (Lei de Coulomb)

Campo elétrico e Linhas de força

Potencial elétrico, Trabalho e Energia

Condutor esférico e Capacitância

Corrente e Potência elétrica

Leis de Ohm

Associação de Resistores

Leis de Kirchhoff e Ponte de Wheatstone

Capacitores

Eletromagnetismo: Visão geral, Imã e Regra da mão direita

Campo magnético

Força Magnética e regra da mão esquerda

Indução Eletromagnética (Lei de Lenz)

Lei de Faraday e Variação do fluxo magnético

Gerador de corrente alternada e Transformadores

Efeito fotoelétrico

Teoria da relatividade

Física quântica

Processos de eletrização

Receptores elétricos

Alguns pontos-chave dessa matéria para o ENEM que devem ser levados em conta ao estudarmos são:

1. Introdução e princípio de funcionamento

Imagem de um conjunto de geração de energia hidrelétrica composto pela turbina Francis da Voith, em azul, acoplada ao gerador Westinghouse de 117,6 kW, em vermelho. Fonte: 

Geradores elétricos são dispositivos que convertem energia não elétrica, como a mecânica e a eólica, em energia elétrica. Eles são usados para garantir energia em casos de falhas na corrente elétrica.

A função de um gerador é manter a diferença de potencial elétrico, ou tensão elétrica, para que o circuito elétrico seja percorrido entre os dois polos existentes no gerador.

Um gerador ideal converteria toda a energia, mas na prática ocorrem perdas de energia devido à resistência do circuito elétrico.

A potência real de um gerador é medida pela fórmula 

, onde r é a resistividade do condutor e i é a corrente elétrica.

Os geradores foram descobertos graças aos estudos de Michael Faraday, que percebeu que o movimento dos ímãs era capaz de gerar corrente elétrica.

Princípio de funcionamento de um gerador elétrico, explicado. Fonte: 

O seu princípio de funcionamento é baseado na Lei de Faraday da indução eletromagnética. Essa lei estabelece que quando um condutor se movimenta em um campo magnético variável, é induzida uma corrente elétrica no condutor.

Assim, os geradores elétricos utilizam um campo magnético variável para criar movimento nos condutores e gerar corrente elétrica. Isso é feito através de um conjunto de componentes, incluindo bobinas de fio de cobre e ímãs.

Quando o gerador é acionado, o rotor gira em torno do seu eixo central, criando um campo magnético variável. Esse campo magnético varia de intensidade e direção à medida que o rotor gira, o que gera uma corrente elétrica nas bobinas do estator. As bobinas do estator são posicionadas em torno do rotor, mas não giram com ele. Em vez disso, elas são fixadas em uma estrutura estacionária que assegura que o campo magnético varie na direção correta para induzir a corrente elétrica nas bobinas.

A corrente elétrica gerada é então enviada para um circuito externo, que pode ser um sistema de transmissão de energia ou um sistema de carga. O gerador precisa ter uma fonte de energia externa para mantê-lo girando, como um motor a combustão, uma turbina a vapor, ou uma fonte renovável como uma usina hidrelétrica ou eólica.

Portanto, o princípio de funcionamento de um gerador elétrico é baseado na indução eletromagnética, que gera uma corrente elétrica a partir de um campo magnético variável.

Um gerador elétrico ideal é um modelo teórico de gerador que não apresenta perda de energia durante a conversão de energia mecânica em energia elétrica. Nesse modelo ideal, a força eletromotriz gerada é igual à diferença de potencial elétrico do circuito e não há perda de energia por dissipação de calor. A fórmula utilizada para resolver questões envolvendo um gerador elétrico ideal, isto é, é:

: potência E: força eletromotriz i: corrente elétrica

Pilhas são um tipo de gerador elétrico químico, pois convertem energia química em energia elétrica. Fonte: 

Os geradores elétricos são dispositivos que convertem diferentes formas de energia em energia elétrica. Existem diferentes tipos de geradores que utilizam diferentes fontes de energia para gerar eletricidade. São eles:

Além disso, os geradores podem ser classificados em dois tipos principais: geradores síncronos e assíncronos. Os geradores síncronos produzem energia elétrica com uma frequência constante e são geralmente usados em sistemas de energia elétrica de grande escala. Já os geradores assíncronos produzem energia elétrica com uma frequência variável e são mais comuns em aplicações de menor escala, como em motores elétricos.

Os geradores também podem ser classificados em corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC), dependendo do tipo de energia elétrica que produzem. Os geradores CA são utilizados em sistemas de energia elétrica de grande escala, enquanto os geradores CC são mais comuns em aplicações de menor escala, como em eletrônica de potência e sistemas de alimentação ininterrupta (UPS).

A força eletromotriz aparece em várias questões de vestibular, por isso, é importante saber sua fórmula e seu conceito. Fonte: 

A força eletromotriz, também conhecida como FEM, é a capacidade de um gerador produzir potencial elétrico. Quando um gerador é conectado a um circuito, parte da energia gerada é dissipada em forma de calor, devido à resistência interna do gerador. Isso é conhecido como efeito Joule. Infelizmente, não existe um gerador perfeito.

A FEM também pode ser vista como a quantidade de energia potencial elétrica que cada unidade de carga elétrica recebe do gerador:

Podemos calcular a força eletromotriz produzida por um gerador por meio da equação a seguir:

A equação apresenta as variáveis relacionadas ao funcionamento de um gerador elétrico, incluindo a força eletromotriz (E), a tensão elétrica utilizável (U), a resistência interna do gerador (r

De acordo com a equação apresentada, uma parte da energia gerada por um gerador é utilizada para alimentar dispositivos elétricos (U), enquanto a outra parte é dissipada na forma de calor devido à resistência interna do gerador (r

 i). Utilizando a equação da força eletromotriz, é possível obter a equação característica de um gerador, que determina a tensão utilizável (U

) em um circuito alimentado por um gerador real.

A representação dos geradores em circuitos elétricos é feita através de um símbolo que apresenta uma barra pequena (-) e uma barra grande (+), que simbolizam, respectivamente, o menor e o maior potencial elétrico. Essa representação mostra que a corrente elétrica, no sentido convencional, deve fluir do polo negativo para o polo positivo do gerador, indicando que a corrente elétrica ganha energia ao passar por ele. Além disso, a representação do gerador também inclui a resistência interna (ri) do mesmo no circuito, como mostrado abaixo.

A curva característica dos geradores é uma linha que vai descendo no gráfico quando representada no primeiro quadrante do plano cartesiano. Ela demonstra a queda de tensão dentro do gerador. Veja abaixo como interpretá-la:

Através da aplicação da 1ª lei de Ohm, é possível calcular a resistência interna do gerador a partir das informações presentes na curva característica, que incluem a força eletromotriz (E), a corrente elétrica de curto-circuito (icc) e a resistência interna do gerador (ri).

A potência elétrica é uma grandeza física que mede a taxa de transferência de energia elétrica em um circuito elétrico. Nos geradores elétricos, a potência elétrica é calculada através de três tipos de potência:

Logo, o balanço de energia nos geradores pode ser expresso pelas equações abaixo

O rendimento dos geradores é uma medida que nos diz quão eficiente eles são em converter energia de uma forma para energia elétrica. É uma grandeza adimensional que pode ser calculada pela razão entre a tensão elétrica utilizável e a força eletromotriz. Quanto mais próximo de 1 for o rendimento, mais eficiente é o gerador em converter energia para eletricidade. Em outras palavras, é uma medida da qualidade da energia elétrica produzida pelo gerador. É dado pela fórmula:

Geradores podem ser associados, formando associações em circuitos relativamente simples de serem resolvidas. Fonte: 

No nosso cotidiano, muitos dispositivos elétricos que utilizamos precisam de mais de um gerador para funcionar corretamente. Se observarmos, por exemplo, controles remotos, brinquedos e lanternas, podemos notar que eles usam mais de uma pilha. Quando isso acontece, dizemos que os geradores estão associados.

Às vezes, um circuito elétrico precisa de uma tensão elétrica maior para funcionar, ou talvez precise de mais corrente elétrica para operar corretamente. Podemos resolver esse problema fazendo uma associação de geradores.