FÍSICA · A diferença de potencial U na associação é igual à soma das ... a ddp entre os...

FÍSICAPROF. JEAN CAVALCANTEPROF. NELSON BEZERRA

3° ANOENSINO MÉDIO

Unidade IITecnologia

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CONTEÚDOS E HABILIDADES

Aula 11.2

Conteúdos

Associação de geradores em série e em paraleloReceptores e energia elétrica

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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.

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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.

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REVISÃO

Alguns exemplos de resistores utilizados no nosso cotidiano são:

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REVISÃO

Resistores

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REVISÃO

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

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REVISÃO

Associação de resistores em Série

R1R2

U

R3

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REVISÃO

Associação de resistores em paralelo

vii

i1 i2

R1 R2 R3i3

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REVISÃO

Associação mista de resistores.

+ VA

R5

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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.

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REVISÃO

Lâmpadas associadas em série

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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.

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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?

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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.

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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.

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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.

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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.

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AULA

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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:

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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.

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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.

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AULA

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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+

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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.

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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)

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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)

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INTERATIVIDADE

GeradoresOs geradores podem ser de dois tipos:

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

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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

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RESUMO DO DIA

A equação do gerador

U(V)

i i (A)

ε

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RESUMO DO DIA

Receptores elétricos

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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.

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RESUMO DO DIA

A curva característica de um receptor é representada por:

U

ii

U

O ii

ε

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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.

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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.

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RESUMO DO DIA

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

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RESUMO DO DIA

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RESUMO DO DIA

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

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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.

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RESUMO DO DIA

Associação em paralelo de geradores

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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+

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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?

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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?

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DESAFIO DO DIA

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DESAFIO DO DIA