Como a energia elétrica se transforma
Para entender como a energia elétrica é transformada por um aparelho em outros tipos de energia – como energia térmica ou mecânica –, temos de estudar como se comportam os geradores e receptores elétricos.
Gerador real
É qualquer dispositivo que tenha a capacidade de transformar um tipo de energia em energia elétrica. Uma pilha ou uma bateria são geradores que convertem energia química em energia elétrica. Uma turbina eólica é um gerador que transforma a energia do vento em eletricidade. E, numa hidrelétrica, é um gerador que transforma a energia mecânica em elétrica.
O valor máximo da tensão que pode ser fornecida por um gerador qualquer é chamado força eletromotriz (abreviadamente, fem). E, como é tensão, a fem também é medida em volts (V).
Num mundo ideal, um gerador ideal seria aquele que consegue aproveitar toda sua fem – ou seja, sempre impor o máximo de tensão a um circuito. Porém, no mundo real, os geradores não são 100% eficientes – ou seja, a tensão efetiva que um gerador real consegue impor ao circuito é sempre menor que sua força eletromotriz. É que os geradores reais têm, eles mesmos, certa resistência elétrica, a chamada resistência interna (r). É assim que se representa um gerador real conectado a um circuito:
Pela primeira lei de Ohm, a tensão em qualquer ponto do circuito é dada pelo produto da resistência pela corrente elétrica. A relação vale também, é claro, para a resistência interna (r) :
U = r . i
Matematicamente, o valor da tensão útil do circuito UAB
(a diferença entre a tensão máxima e a tensão dissipada) é dada pela expressão
:
A equação acima mostra que a tensão entre os terminais de um gerador depende da corrente elétrica que o atravessa, numa função de 1º grau. (Repare que a equação poderia ser reescrita como U = – r . i +f). Portanto, o gráfico que relaciona a tensão fornecida ao circuito (U) e à corrente elétrica
(i) é uma reta. E o coeficiente angular dessa reta é negativo. Veja como fica o gráfico que relaciona corrente e tensão entre os terminais do gerador, num gerador
real:
Receptor Real
A tensão útil de um receptor – ou seja, a tensão efetivamente utilizada para o funcionamento do equipamento – é chamada força contraeletromotriz (abreviadamente, fcem) e seu símbolo é f‘. Esta é a representação gráfica de um receptor real num circuito elétrico:
Num receptor, a tensão total fornecida entre os pontos A e B (U’AB) é a soma entre a tensão dissipada pela resistência interna do receptor (r’) e a tensão útil do receptor (f‘). Veja:
A função matemática que define a tensão entre os terminais de um receptor é: Essa equação define a tensão fornecida aos terminais do receptor em função da corrente elétrica que o atravessa. É uma função de 1º grau, que poderia ser reescrita como U’ = r’ . i +f‘.
Repare que o coeficiente de i (r’. i) é positivo. Então, o gráfico que relaciona tensão fornecida ao receptor (U’) e a corrente elétrica do circuito (i) é uma reta de coeficiente angular positivo
Circuito gerador-receptor
Graficamente, esse circuito é representado assim, com todas as resistências internas e as forças eletromotriz e contraeletromotriz:
Num circuito composto de geradores e receptores, a intensidade da corrente elétrica é dada pela primeira lei de Ohm. Matematicamente: