Geradores – Associação de geradores
Geradores elétricos e Associação de geradores
Gerador Elétrico
Gerador elétrico é um dispositivo com função de transformar ou transferir energia.
Transforma qualquer outro tipo de energia em energia elétrica.
Exemplos:
Usina hidrelétrica
Transforma a energia mecânica de uma queda de água em energia elétrica através de um gerador, que é um dispositivo que transforma energia mecânica em energia elétrica e que possui um eixo que é movido por uma turbina.
O eixo precisa ser girado para que o gerador produza eletricidade. A função da água é apenas de
promover o movimento do eixo da turbina. Depois do uso, a água continua seu percurso normalmente.
Usina termoelétrica ou termelétrica
Utiliza carvão, óleo, gás ou qualquer outro tipo de combustível para aquecer a água, transformá-la
em vapor que irá girar a turbina, que por sua vez acionará o gerador, transformando assim energia térmica em energia elétrica.
Usina nuclear
Utiliza o potencial energético dos elementos químicos radioativos para aquecer a água que circula no interior do reator, transformando-a em vapor que irá girar a turbina, que por sua vez
acionará o gerador, transformando assim energia nuclear em energia elétrica.
Aerogerador (energia eólica)
Utiliza a energia cinética do vento transformando-a em energia elétrica, através de turbinas eólicas acopladas a geradores.
Este conjunto turbina-gerador é habitualmente chamado Aerogerador.
Baterias solares (células ou módulos fotovoltaicos)
São constituídos por um grupo de células conectadas eletricamente e reunidas em uma estrutura,
que converte a luz do Sol diretamente em eletricidade.
Pilhas e baterias
São geradores químicos que transformam energia química em energia elétrica.
Gerador
Força eletromotriz (fem) de um gerador
Na realidade, o gerador não gera energia elétrica, apenas transforma qualquer tipo de energia em energia elétrica. O gerador fornece energia às cargas livres de um condutor, movimentando-as, mantendo assim uma diferença de potencial entre dois pontos quaisquer desse condutor.
No símbolo de um gerador o traço maior indica um polo positivo e o menor, o polo negativo.
Quando se mede a tensão elétrica entre os polos do gerador, obtém-se uma grandeza denominada força eletromotriz (fem.), representada por E ou Ɛ e que corresponde, num gerador ideal, de resistência interna nula, à quantidade de energia elétrica que recebe cada unidade de carga que o atravessa.
Assim, denomina-se força eletromotriz Ɛ de um gerador ao quociente entre o trabalho (W) realizado no transporte de uma carga q, contra a força do campo elétrico, e o valor absoluto dessa carga, ou seja,
Na expressão acima as unidades de fem são as mesmas do potencial elétrico U, pois ambas são
são razão entre trabalho W e carga q.
Portanto, quando você afirma que a força eletromotriz de um gerador é 1 V, você quer dizer que cada quantidade de carga elétrica de 1 C recebe do gerador 1 J de energia elétrica.
Força eletromotriz (fem) de um gerador real e de um ideal
Na prática observa-se que um gerador funcionando normalmente não lança no circuito externo toda potência elétrica por ele originada, porque, quando a corrente o atravessa, ela encontra certa resistência interna (r) por parte dos elementos condutores internos que compõe o gerador.
Esse é um gerador real.
Se a resistência interna (r) do gerador for considerada desprezível, então o gerador será ideal.
A corrente elétrica no interior do gerador não é espontânea, mas forçada.
Assim, ela percorre o interior do gerador no sentido do menor para o maior potencial, ou seja, entra pelo polo negativo e sai pelo positivo (figura acima).
Potência elétrica de um gerador
Considere um gerador de força eletromotriz E (Ɛ) e resistência interna r, submetido a uma diferença de potencial U, quando percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i.
O gerador não cria energia elétrica, ele apenas transforma qualquer tipo de energia em energia elétrica e as fornece às cargas elétricas que o atravessam.
Mas, durante a passagem das cargas elétricas pelo interior do gerador, ocorrem perdas energéticas. Assim, esquematicamente tem-se:
Como a potência elétrica representa a energia elétrica por unidade de tempo, tem-se:
Onde:
Equação característica do gerador
Rendimento (η) de um gerador
O rendimento η (que é sempre um número compreendido entre 0 e 1, número menor dividido por um número maior) normalmente é representado em termos de porcentagem
Curva característica de um gerador
A curva característica do gerador é representada por um gráfico que relaciona a intensidade de corrente elétrica i no gerador com a diferença de potencial (tensão) U em seus terminais.
Preste muita atenção nas informações a seguir:
Se i = 0, ou seja, se o gerador estiver em circuito aberto, tem-se:
Se U = 0, ou seja, se o gerador estiver em curto circuito, tem-se:
Observação:
Potência fornecida por um gerador
A seguir você terá informações e fórmulas úteis e importantes sobre potência útil e potência máxima fornecida por um gerador ao meio externo.
Associação de geradores
Associação série de geradores
Se você deseja obter uma diferença de potencial de 6,0 V e tiver apenas pilhas de 1,5V, você deve associar quatro pilhas em série ligando o polo positivo de uma ao negativo da outra, e assim por diante. O mesmo ocorre com qualquer tipo de gerador.
Associação paralelo de geradores
É obtida quando se liga entre si todos os polos positivos dos geradores (o terminal da união é o de mais alta tensão do circuito) e todos os polos negativos (o terminal de união é o de mais baixa tensão do circuito).
Nesse tipo de associação convém que todos os geradores tenham a mesma força eletromotriz E, para que não dissipem parte da energia que fornecem ao circuito externo.
Associação mista de geradores
Diversas associações em paralelo estão ligadas em série ou vice versa. Para resolver uma associação mista de geradores, inicialmente você deve resolver as ligações serie e paralelo que existirem e repetindo o processo até que só reste um único gerador (gerador equivalente).
Exemplo:
No esquema abaixo tem-se 4 pilhas idênticas de força eletromotriz 1,5 V e resistência interna 0,3 Ω, associadas a um mini ventilador de resistência interna 13,6 Ω. Calcule:
a) a potência elétrica dissipada pelo mini ventilador.
b) a corrente de curto circuito do gerador equivalente
Resolução:
a) calculando a força eletromotriz e a resistência interna do gerador equivalente, conforme a sequência abaixo:
Essa pilha equivalente (1,5 V/0,1 Ω) está em série com a quarta pilha (segunda figura)
O que você deve saber, informações e dicas
Gerador 
dispositivo com função de transformar ou transferir energia. Gerador elétrico transforma qualquer tipo de energia em energia elétrica.
Denomina-se força eletromotriz E (Ɛ) de um gerador ao quociente entre o trabalho (W) realizado no transporte de uma carga q, contra a força do campo elétrico, e o valor absoluto dessa carga.
Você já deve ter observado a existência de pilhas e baterias de diversos tamanhos que fornecem a mesma voltagem (tensão, diferença de potencial).
O tamanho da pilha ou da bateria está diretamente relacionado com a intensidade de corrente
elétrica que ela deve fornecer a um circuito observe na figura acima que as lâmpadas possuem a mesma força eletromotriz e, assim, como a maior fornece maior corrente, consequentemente ela deve fornecer maior potência (P = U.i) e possuir menor resistência interna.
Rendimento (η) do gerador quando a potência é máxima η = Umáx/E = (E/2)/E = 0,5 quando a potência é máxima, o rendimento é de 50%.
A associação de geradores em série é utilizada para que se forneça maior diferença de potencial ou tensão (U) ao circuito externo.
A associação de geradores em paralelo (geradores iguais, para não haver perda de energia) é utilizada para se obter uma resistência interna inferior à resistência de cada gerador
n geradores em paralelo 
Geradores em oposição
Quando você liga o polo positivo de um gerador (por exemplo, pilha) com o polo positivo da seguinte, você obtém uma associação em oposição e as forças eletromotrizes atuarão umas “contra” as outras e, nesse caso, as forças eletromotrizes se anularão se forem iguais.
Isso ocorre porque a força eletromotriz total é igual à diferença entre as forças eletromotrizes parciais. Observe os exemplos acima.
A bateria é um gerador eletroquímico (fornece corrente contínua). A bobina acoplada ao motor produz corrente alternada, devido ao seu movimento de rotação que transforma energia mecânica em elétrica.
Essa corrente alternada proveniente da bobina no alternador, é transformada em corrente contínua, fornecendo energia para recarregar a bateria que, por sua vez, fornece energia para acender os faróis, alimentar o rádio, as lâmpadas do painel etc.
Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre
Geradores e Associação de geradores
01- (FGV - SP)
Um gerador elétrico tem potência de 0,6 kW quando percorrido por uma corrente de 50 A.
Qual sua força eletromotriz?
Resolução:
02 -(UFAL - AL)
Admitindo-se constante e não nula a resistência interna de uma pilha, o gráfico da tensão (U) em função da corrente (i) que atravessa essa pilha é melhor representado pela figura:
Resolução:
Gráfico da tensão (U) em função da corrente (i) que atravessa essa pilha (gerador elétrico) de resistência interna r:
R- C
03 -(CESGRANRIO - RJ)
Em qual das situações ilustradas acima a pilha está em curto-circuito?
a) somente em I
b) somente em II
c) somente em III
d) somente em I e II
e) em I, II e III
Resolução:
Veja a figura abaixo
R- A
04 -(UC - MG)
Uma bateria de automóvel apresenta esta curva característica.
A resistência interna da bateria vale, em ohms:
a) 0,25
b) 0,50
c) 1,0
d) 3,0
e) 4,0
Resolução:
Observe no gráfico fornecido no enunciado que:
R- D
05 -(CFT - MG)
Observe o gráfico característico de um gerador.
Se uma lâmpada de resistência 3,5 Ω for ligada em série com esse gerador, a corrente elétrica na lâmpada, em ampères, será:
a) 2,5
b) 3,0
c) 7,5
d) 10
e) 15
Resolução:
R- A
06- (UFF - RJ)
O funcionamento de uma bateria elétrica pode ser descrito pelo gráfico U x i a seguir, onde U é a diferença de potencial entre os terminais da bateria quando a mesma é atravessada pela corrente elétrica i.
a) Determine os valores da fem da bateria e de sua resistência interna, bem como o valor da corrente para a qual a bateria estará em curto circuito. Justifique suas respostas.
b) Esboce o gráfico da potência P fornecida pela bateria a um circuito externo em função da corrente elétrica i que a atravessa, determinando o valor máximo dessa potência.
Resolução:
a) Do gráfico fornecido, a fem (E) é a tensão U quando i = 0 U = E – r.i 15 = E – r.0 E = 15 V
b)
07- (FUVEST - SP)
Quando os terminais de uma pilha elétrica são ligados por um fio de resistência desprezível, passa por ele uma corrente de 20 A.
Medindo a diferença de potencial entre os terminais da pilha, quando ela está em circuito aberto,
obtém-se 1 V.
Determine a resistência interna da pilha.
Resolução:
Terminais de uma pilha elétrica ligados por um fio de resistência desprezível máxima
O potencial entre os terminais da pilha, quando ela está em circuito aberto corresponde à força
eletromotriz (fem) da pilha E = 1 V
08- (UFSCAR - SP)
Com respeito aos geradores de corrente contínua e suas curvas características U × i, analise as
afirmações seguintes:
I. Matematicamente, a curva característica de um gerador é decrescente e limitada à região contida no primeiro quadrante do gráfico.
II. Quando o gerador é uma pilha em que a resistência interna varia com o uso, a partir do momento em que o produto dessa resistência pela corrente elétrica se iguala à força eletromotriz, a pilha deixa de alimentar o circuito.
III. Em um gerador real conectado a um circuito elétrico, a diferença de potencial entre seus terminais é menor que a força eletromotriz.
Está correto o contido em:
a) I, apenas.
b) II, apenas.
c) I e II, apenas.
d) II e III, apenas.
e) I, II e III.
Resolução:
I- Correta
Curva característica de um gerador
R- E
09- (UEPR - PR)
Um gerador funcionara em regime de potencia útil máxima, quando sua resistência interna for
igual :
a) Á resistência equivalente do circuito que ele alimenta;
b) Á metade de sua resistência equivalente do circuito que ele alimenta;
c) Ao dobro da resistência equivalente do circuito que ele alimenta;
d) Ao quádruplo da resistência equivalente do circuito que ele alimenta;
e) Á quarta parte da resistência equivalente do circuito que ele alimenta.
Resolução:
R- A
10- (CESGRANRIO - RJ)
Num rádio de pilhas, cuja tensão de alimentação é 3,0 V, as duas pilhas de 1,5 V devem ser colocadas no compartimento reservado para elas, da maneira mostrada na figura.:
Qual das figuras abaixo mostra de maneira correta pela qual as pilhas estão conectadas entre elas
e o circuito do aparelho (terminais P e Q)?
Resolução:
Devem estar associados em série conforme alternativa a.
R- A
11- (CFT - MG)
A figura representa o modo como um estudante colocou quatro pilhas novas em sua lanterna.
Nessa situação, é correto afirmar que:
a) a lâmpada irá queimar.
b) a lanterna não irá acender.
c) as pilhas durarão pouco tempo.
d) a luz emitida terá um brilho forte.
Resolução:
Na associação em série, o polo positivo de uma pilha precisa ser ligado ao polo negativo da outra pilha.
Observe que as pilhas estão associadas em oposição de fase ou seja, de maneira incorreta.
R- B
12- (FUVEST - SP)
As características de uma pilha, do tipo PX, estão apresentadas a seguir, tal como fornecidas pelo fabricante. Três dessas pilhas foram colocadas para operar, em série, em uma lanterna que possui uma lâmpada L, com resistência constante R = 3,0 Ω.
Uma pilha, do tipo PX, pode ser representada, em qualquer situação, por um circuito equivalente, formado por um gerador ideal de força eletromotriz E = 1,5 V e uma resistência interna
Por engano, uma das pilhas foi colocada invertida, como representado na lanterna.
Determine:
a) A corrente I, em ampères, que passa pela lâmpada, com a pilha 2 “invertida”, como na figura.
b) A potência P, em watts, dissipada pela lâmpada, com a pilha 2 “invertida”, como na figura.
Resolução:
13- (PUCCAMP - SP)
Quatro pilhas ideais de 1,5 V cada são ligadas em série para alimentar o funcionamento de 1 lâmpada de dados nominais 12 V - 9 W.
Nessas condições, a potência da lâmpada em funcionamento será, em watts, igual a
a) 8,0
b) 6,25
c) 6,0
d) 4,5
e) 2,25
Resolução:
R- E
14- (FUVEST - SP)
O esquema mostra três pilhas ideais de 1,5V, ligadas a um resistor de 30 Ω. Calcule os valores da tensão e da corrente elétrica no resistor.
a)1,5V e 0,05 A
b) 3V e 0,10 A
c) 4,5V e 0,15 A
d) 1,5V e 20 A
e) 3,0V e 10 A
Resolução:
Observe que as pilhas estão em paralelo (os fios saem de um polo e chegam ao outro polo) e a ddp fornecida a R = 30 Ω é de Eeq = U = 1,5 V R = 30 = i = i = 0.05 A
R- A
15- (FUVEST - SP)
A figura mostra uma associação de baterias. Cada bateria tem força eletromotriz de 1,2 V e resistência interna 1,2 Ω. Os fios tem resistência desprezível.
Resolução:
R- A
16- (FUVEST - SP)
Com quatro pilhas ideais de 1,5 V e fios de ligação, podem-se montar os circuitos esquematizados abaixo. Em qual deles a lâmpada brilhará mais intensamente?
Resolução:
R- C
17- (MACKENZIE - SP)
Um sistema de 5 baterias iguais, em série, alimenta um resistor de 10 Ω com uma corrente de 5A, ou um resistor de 28 Ω com 2 A. A força eletromotriz e a resistência interna de cada bateria, vale:
a) 12 V e 0,4 Ω
b) 12 V e 12,0 Ω
c) 60 V e 2,0 Ω
d) 6 V e 1,0 Ω
e) 9 V e 1,0 Ω
Resolução:
R- A
18- (PUC - RS)
Pilhas comerciais de 1,5 V são comercializadas em tamanhos pequeno, médio e grande.
O tamanho tem relação com a potência do aparelho que a pilha deve alimentar. Considerando-se as três pilhas e três lâmpadas idênticas de lanterna, cada pilha alimentando uma lâmpada, após um tempo considerável de desgaste, a pilha grande estará originando maior __________, revelando possuir, internamente, _________ do que as outras.
a) força eletromotriz – menor resistência
b) força eletromotriz – maior resistência
c) corrente – maior força eletromotriz
d) energia – menor força eletromotriz
e) corrente – menor resistência
Resolução:
O tamanho da pilha ou da bateria está diretamente relacionado com a intensidade de corrente
elétrica que ela deve fornecer a um circuito observe na figura acima que as pilhas possuem a mesma força eletromotriz e, assim, como a maior pilha fornece maior corrente, consequentemente ela deve fornecer maior potência (P = U.i) e possuir menor resistência interna.
R- E
19- (UTFPR - PR)
Um automóvel tem entre seus componentes uma bateria e um alternador. Sobre esses componentes considere as seguintes afirmações:
I) a bateria é um gerador eletromecânico.
II) o alternador tem a função de recarregar eletricamente a bateria.
III) o alternador é um gerador eletromecânico.
IV) a bateria, entre outras funções, fornece corrente elétrica para acender os faróis do carro.
É correto o que se afirma apenas em:
a) I.
b) II.
c) II e IV.
d) II e III.
e) II, II e IV.
Resolução:
A bateria é um gerador eletroquímico (fornece corrente contínua). A bobina acoplada ao motor produz corrente alternada, devido ao seu movimento de rotação que transforma energia mecânica em elétrica.
Essa corrente alternada proveniente da bobina no alternador, é transformada em corrente contínua, fornecendo energia para recarregar a bateria que, por sua vez, fornece energia para acender os faróis, alimentar o rádio, as lâmpadas do painel etc.
R- E
20- (FUVEST - SP)
As figuras mostram seis circuitos de lâmpadas e pilhas ideais. A figura (1), no quadro, mostra uma lâmpada L de resistência R ligada a uma pilha de resistência interna nula.
As lâmpadas cujos brilhos são maiores que o da lâmpada do circuito (I) são:
a) P, Q e T.
b) P, S e U.
c) P, T e U.
d) Q e S.
e) S.
Resolução:
Quanto maior a corrente através de cada lâmpada, maior será seu brilho. Pilhas
ideais r = 0
Cálculo da corrente em cada lâmpada:
R- C
21- (UFRN - RN)
O poraquê (Electrophorus electricus), peixe comum nos rios da Amazônia, é capaz de produzir corrente elétrica por possuir células especiais chamadas eletroplacas.
Essas células, que atuam como baterias fisiológicas, estão dispostas em 140 linhas ao longo do corpo do peixe, tendo 5.000 eletroplacas por linha. Essas linhas se arranjam de forma esquemática mostrada na figura abaixo.
Cada eletroplaca produz uma força eletromotriz E = 0,15 V e tem resistência interna r = 0,25 Ω.
A água em torno do peixe fecha o circuito. Se a resistência da água for R = 800 Ω, o poraquê produzirá uma corrente elétrica de intensidade igual a:
a) 8,9 A
b) 6,6 mA
c) 0,93 A
d) 7,5 mA
e) 2,1 A
Resolução:
R- C
22- (fisicaevestibular)
Nos geradores do circuito abaixo estão indicados suas forças eletromotrizes e sua resistências internas. O sistema encontra-se associado a uma lâmpada de especificações 18 V – 6 W.
O que acontecerá com o brilho da lâmpada em relação ao seu brilho normal, quando funcionando dentro de suas especificações?
Resolução:
Na sequência abaixo está todo processo do cálculo do gerador equivalente:
R- D.
Parte superior do formulário