FÍSICAPROF. JEAN CAVALCANTEPROF. NELSON BEZERRA

3° ANOENSINO MÉDIO

Unidade IITecnologia

2

CONTEÚDOS E HABILIDADES

Aula 11.2

Conteúdos

Associação de geradores em série e em paraleloReceptores e energia elétrica

3

CONTEÚDOS E HABILIDADES

HabilidadeIdentificar os geradores elétricos como elementos de alimentação usados em nosso cotidiano, assim como entender as diferentes combinações de associações de geradores e suas funções.

4

CONTEÚDOS E HABILIDADES

ResistoresSão peças utilizadas em circuitos elétricos que têm como principal função converter energia elétrica em energia térmica, ou seja, são usados como aquecedores ou como dissipadores de eletricidade.

5

REVISÃO

Alguns exemplos de resistores utilizados no nosso cotidiano são:

6

REVISÃO

Resistores

7

REVISÃO

Os resistores podem ser associados em Série, em Paralelo ou numa combinação de ambas, ou seja, uma associação mista.

8

REVISÃO

Associação de resistores em Série

R1R2

U

R3

9

REVISÃO

Associação de resistores em paralelo

vii

i1 i2

R1 R2 R3i3

10

REVISÃO

Associação mista de resistores.

+ VA

R5

11

REVISÃO

Associação de resistores em Série: é um circuito elétrico com resistores ligados um em seguida do outro, de modo que ofereça um único caminho para a corrente passar.

12

REVISÃO

Lâmpadas associadas em série

13

REVISÃO

Características da associação em Série

A intensidade da corrente i é a mesma em todos os resistores, pois eles estão ligados um após o outro;A diferença de potencial U na associação é igual à soma das diferenças de potencial em cada resistor.

14

REVISÃO

Responda: que tipo de gerador eu sou?Embora pouco utilizada, sou considerada uma importante fonte de energia por se tratar de uma fonte limpa. Porém, o potencial para exploração é grande. O Brasil alcança marca de 1 gigawatt de potência instalada de energia. Em cada hora de consumo elétrico, cinco minutos são de produção no meu tipo de geração de energia. Cada turbina produz entre 50 a 300 kW de energia elétrica. Com 1000 watts podemos acender 10 lâmpadas de 100 Watts; assim, 300 kilowatts acendem 3000 lâmpadas de 100 Watts cada. Quem sou eu?

15

DESAFIO DO DIA

Geradores elétricosOs geradores elétricos (fontes de tensão ou voltagem, como também são chamados), que fornecem energia aos resistores e aos demais elementos de um circuito elétrico.

16

AULA

As pilhas e as baterias são geradores químicos (transformam energia química em energia elétrica) dotados de dois polos, um positivo e outro negativo. O polo positivo há ausência de cargas negativas, e no polo negativo há excesso dessas cargas. Isso ocorre mesmo que a pilha não esteja inserida em um circuito elétrico.

17

AULA

A diferença de quantidade de cargas e de polaridade resulta uma voltagem ou ddp entre os polos. Se ligarmos algum circuito condutor elétrico fechado entre os polos, haverá circulação de corrente elétrica.

18

AULA

Dentro de um gerador de origem química, a energia liberada em reações químicas é transferida às cargas, forçando-se a se deslocar dentro do gerador do polo negativo, de menor potencial elétrico, para o polo positivo, de potencial maior.Já nos geradores de origem mecânica (usinas hidrelétricas, dínamos, alternadores), as cargas ganham energia dos movimentos de rotação de circuitos elétricos dentro de campos magnéticos.

19

AULA

20

AULA

Associação de Geradores em SérieOs geradores podem ser associados para melhor aproveitamento das suas características de resistência interna e de força eletromotriz. Nessa associação, o polo positivo de um gerador liga-se diretamente ao polo negativo do outro. Sua representação no circuito é:

21

AULA

ObjetivoAumentar a potência fornecida por meio do aumento da f.e.m do sistema. Propriedades da associação em sériea) a corrente que atravessa todos os geradores é a mesma; b) a f.e.m da associação é a soma das f.e.m dos geradores em série: ES = E1 + E2 + E3. c) a resistência interna da associação é a soma das resistências internas dos geradores em série: rs = r1 + r2 + r3.

22

AULA

Associação em paralelo de geradoresNessa associação, os polos positivos são ligados a um único ponto, e os polos negativos a outro.

Objetivosa) Aumentar a potência fornecida, porém por meio do aumento da intensidade da corrente do sistema.b) Diminuir a corrente em cada gerador, a fim de não danificá-lo, mantendo a corrente do sistema acima dos seus limites.

23

AULA

24

AULA

Características da associação em paralelo

a) a corrente divide-se entre os geradores; b) a f.e.m da associação é igual àquela de cada um dos geradores associados: Ep = E c) o inverso da resistência da associação é igual à soma dos inversos das resistências dos geradores associados:

irp

ir

ir

ir

irp

nr

nr= + +... = =rp+

25

AULA

Exemplo 1No circuito abaixo, um gerador de f.e.m. 8 V, com resistência interna de 1 Ω, está ligado a um resistor de 3 Ω.Determine:a) a ddp entre os terminais A e B do gerador.b) O rendimento do gerador.

26

AULA

Resoluçãoa) Calculando a resistência equivalente:Rs = r + R = 1 + 3 = 4 ΩCalculando a corrente elétrica:E = Rs · i 8 = 4 · i i = 2ACalculando a ddp entre A e B:U = E – r · i = 8 – 1 · 2 = 6 Vb) Calculando o gerador:η = U/E = 6 / 8 = 0,75 ou η = 75% 27

AULA

Duas pilhas iguais, cada uma com f.e.m E = 1,5 V e resistência interna r = 0,5, são associadas. A associação é ligada a um resistor de 2, conforme as figuras. Determine a intensidade da corrente no resistor em cada uma das associações.

a) b)

28

DINÂMICA LOCAL INTERATIVA

Resoluçãoa) A f.e.m. e a resistência equivalente da associação em série são:Es = 1,5 + 1,5 = 3,0 VRs = 0,5 + 0,5 = Rs = 1 ΩConforme a Lei de Pouillet, determina-se a corrente:i = Es / R + Rs = 3 / 2 + 1 = 1 Ab) A f.e.m. e a resistência equivalente da associação em paralelo são:Ep = 1,5 Vrp = 0,5 /2 = 0,25 Ω 29

INTERATIVIDADE

a) b)

30

INTERATIVIDADE

GeradoresOs geradores podem ser de dois tipos:

• Químicos – pilhas e baterias por exemplo. • Mecânicos – dínamos.

31

RESUMO DO DIA

Um gerador tem como característica principal sua força eletromotriz (fem – símbolo ε).

Onde:ε – é a força eletromotriz, medida no SI em Volts.W – trabalho para movimentar a carga, medido em Joules.q – Carga elétrica.

ε = wq

32

RESUMO DO DIA

A equação do gerador

U(V)

i i (A)

ε

33

RESUMO DO DIA

Receptores elétricos

34

RESUMO DO DIA

Equação do receptorU = ε’ + r’ · iOnde:U – Tensão ou diferença de potencial (ddp).ε’ – é a força contraeletromotriz (fcem), medida no SI em Volts.r’ – é a resistência interna do receptor.i – é a intensidade de corrente elétrica.

35

RESUMO DO DIA

A curva característica de um receptor é representada por:

U

ii

U

O ii

ε

36

RESUMO DO DIA

Geradores elétricosOs geradores elétricos (fontes de tensão ou voltagem, como também são chamados), que fornecem energia aos resistores e aos demais elementos de um circuito elétrico.

37

RESUMO DO DIA

As pilhas e as baterias são geradores químicos (transformam energia química em energia elétrica) dotados de dois polos, um positivo e outro negativo.

38

RESUMO DO DIA

A diferença de quantidade de cargas e de polaridade resulta uma voltagem ou ddp entre os polos.

39

RESUMO DO DIA

40

RESUMO DO DIA

Associação de Geradores em SérieObjetivoAumentar a potência fornecida por meio do aumento da f.e.m do sistema.

41

RESUMO DO DIA

Propriedades da associação em série

a) a corrente que atravessa todos os geradores é a mesma; b) a f.e.m da associação é a soma das f.e.m dos geradores em série: ES = E1 + E2 + E3.

c) a resistência interna da associação é a soma das resistências internas dos geradores em série:

rs = r1 + r2 + r3.

42

RESUMO DO DIA

Associação em paralelo de geradores

43

RESUMO DO DIA

Características da associação em paralelo

a) a corrente divide-se entre os geradores; b) a f.e.m da associação é igual àquela de cada um dos geradores associados: Ep = E c) o inverso da resistência da associação é igual à soma dos inversos das resistências dos geradores associados:

irp

ir

ir

ir

irp

nr

nr= + +... = =rp+

44

RESUMO DO DIA

Receptores elétricos estão inseridos em nosso convívio cotidiano. Você pode citar alguns exemplos de receptores elétricos que estão em sua sala de aula? Qual é a função desses receptores?

45

DESAFIO DO DIA

Responda: que tipo de gerador eu sou?Embora pouco utilizada, sou considerada uma importante fonte de energia por se tratar de uma fonte limpa. Porém, o potencial para exploração é grande. O Brasil alcança marca de 1 gigawatt de potência instalada de energia. Em cada hora de consumo elétrico, cinco minutos são de produção no meu tipo de geração de energia. Cada turbina produz entre 50 a 300 kW de energia elétrica. Com 1000 watts podemos acender 10 lâmpadas de 100 watts; assim, 300 kilowatts acendem 3000 lâmpadas de 100 watts cada. Quem sou eu?

46

DESAFIO DO DIA

47

DESAFIO DO DIA