Receptores e associação de geradores e de receptores (lei de Pouillet)

 

 Receptor elétrico – dispositivo que converte energia elétrica em outra forma de energia, não exclusivamente térmica. Exemplos: motores elétricos, ventiladores, liquidificadores, geladeiras, aparelhos de sons, vídeos, celulares, computadores, etc. Um ventilador, por exemplo, converte energia térmica em energia mecânica; essa conversão, entretanto, não é integral, pois uma

 

     

parte da energia  converte-se, inevitavelmente, em energia térmica.

Grandezas características de um receptor elétrico – são duas: a primeira é a força contra-eletromotriz (E’), grandeza (medida em volts “1V=1J/C”) definida como a razão entre o trabalho (W) e a quantidade de carga (Q) que efetua esse trabalho no interior do receptor e que é a diferença de potencial realmente aproveitada para produzir a energia não térmica; a segunda é sua resistência interna r’.

 Representação esquemática de um receptor

Se r’=0, o gerador é ideal.

 No circuito da figura, um gerador (bateria) alimenta um receptor (motor), estabelecendo nele uma diferença de potencial.

Equação do receptor – Considere um receptor elétrico (ventiladorzinho elétrico, por exemplo), recebendo U=2V de uma pilha (significa que o motor recebe da pilha 2J de energia elétrica para cada 1C de carga que passa por ele). Suponha que U’=r’.i=0,5V (significa que uma parcela de energia elétrica igual a 0,5J recebida pelo ventilador, para cada 1C de carga que passa por ele, é convertida em energia térmica, aquecendo inutilmente o motor (energia dissipada, perdida, desperdiçada).

Para o motor produzir energia mecânica, resta  ---  E’=U – r’i=2 – 0,5V  ---  E’=1,5V significa que uma energia elétrica de 1,5J é convertida utilmente em energia não térmica (mecânica, no caso), para cada 1C de carga que passa pelo motor (receptor).

Assim:

 Curva característica do receptor – consta do gráfico da ddp (tensão) U em função da corrente elétrica i  ---  como a equação do receptor é U=E’+ + r’.i, com E’ e r’ constantes, o gráfico será uma reta inclinada conforme a figura abaixo:

Observe que o coeficiente angular (tg θ) é numericamente igual à resistência interna r’ do receptor, ou seja, tgθ  r’.

Observação: Se você paralisar o eixo de um motor elétrico, ele funcionará como um resistor, com toda sua energia elétrica se transformando em energia térmica, podendo queimá-lo.

 Potências:

 Potência total (Pt) – corresponde à energia total recebida pelo receptor da fonte externa (gerador) por unidade de tempo:

 Potência dissipada (Pd) – refere-se à potência consumida (perdida, dissipada, sob forma térmica) pela resistência interna r’ do receptor e fornecida por:

 Potência útil (Pu) –potência aproveitada pelo receptor para seu funcionamento normal, sob forma não térmica.Exemplo: num ventilador é a parcela da energia total que é transformada em energia exclusivamente mecânica.

 Rendimento (η) de um receptor – definido como sendo a razão entre sua potência útil (Pu) e sua potência total Pt):

 

O que você deve saber

* Se você paralisar o eixo de um motor elétrico, ele funcionará como um resistor, com toda sua energia elétrica se transformando em energia térmica, podendo queimá-lo.

* A potência elétrica que o gerador entrega ao receptor é a potência útil do gerador (U.i). Para o receptor, essa mesma potência representa a potência total. Desse total, uma parcela é útil (E’.i) e a outra dissipada (r’.i2). Observe atentamente o esquema abaixo.

 

Circuito elétrico de malha única com geradores e receptores - Lei de Pouillet

 

Seja um gerador de força eletromotriz (fem) e resistência interna r, um receptor de força contra- eletromotriz (fcem) E’ e resistência interna r’ e um resistor de resistência R, associados em série conforme a figura, constituindo um circuito elétrico de malha única. Como estão em série a intensidade da corrente elétrica i é a mesma em cada dispositivo.

O gerador origina em seus terminais A e B uma ddp (tensão) U que provoca uma elevação de potencial e que deve ser igual à soma das quedas de potenciais provocadas pelo resistor U’ e pelo receptor U’’, ou seja, U=U’ + U’’  ---  U=E – r.i  ---  U’=R.i  ---  U’’=E’ + r’.i  ---  E - r.i =R.i + E’ + r’.i  ---  E – E’=(r + r’ + R).i  ---  i=(E – E’)/(r + r’ + R)  ---  generalizando  ---  em circuitos de uma única malha:

Exemplo: No circuito esquematizado abaixo, determine:

a) a intensidade da corrente elétrica no gerador, no receptor e na resistência de 5Ω

b) A diferença de potencial nos terminais do gerador, do receptor e do resistor de 5Ω.

 

a) Como o sentido da corrente elétrica não é especificado, ela obedece ao de maior fem, que é a do gerador, onde a corrente sai pelo pólo positivo. No caso, o de fem 17V é o gerador e a corrente no circuito é no sentido anti-horário, pois a corrente sai do pólo positivo do mesmo. Deve-se transformar o circuito num de malha única e, assim, deve-se resolver a associação paralelo (8/2=4Ω).

Aplicando a lei de Pouillet  ---  i=(∑E - ∑E’)/∑R=(17 – 10)/(4 + 2 + 1 + 5 + 2)  ---  i=7/14  ---  i=0,5A, que é a mesma através de todos os elementos do circuito, pois estão em série.

b) Gerador  ---  Ug=E – r.i=17 – 2.0,5  ---  Ug=16V  ---  receptor  ---  Ur=E’ + r’.i=10 + 1.0,5  ---  Ur=9,5V  ---  U5Ω=R.i=5.0,5  ---  U5Ω=2,5V

 

O que você deve saber

* Lei de Pouillet – para circuitos de uma única malha:

 

Um gerador (bateria) pode se comportar como um receptor desde que esteja sendo carregada, pois, ao ser percorrida por corrente elétrica, a energia elétrica está se transformando em energias química.

Exemplos: Quando, no auto elétrico se está carregando uma bateria que estava “fraca”, ela fica ligada a um outro gerador para lhe

 fornecer energia elétrica que vai se transformar em energia química. É o que ocorre também quando você está recarregando a bateria de um celular, Iphone, ipod, laptop, mp7, etc., através dos carregadores que são aparelhos responsáveis por recarregar as pilhas do aparelho. O procedimento para isso freqüentemente é simples: basta colocar um ou dois pares de pilhas recarregáveis no dispositivo e encaixá-lo em uma tomada da rede elétrica.

 

O processo de recarga de pilhas consiste em passar uma corrente elétrica por elas de forma que a energia seja "capturada" e armazenada sob forma química. Durante esse processo a rede elétrica funciona como gerador e as pilhas a serem recarregadas como receptor.

 

 

 

Exercícios