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Como funcionam os geradores que transformam energia mecânica em elétrica. MAG030301

Os geradores que transformam energia mecânica em elétrica são constituídos basicamente por espiras que giram em torno de um eixo, situadas num campo magnético. A figura mostra uma espira nesta situação.
A rotação da espira acarreta uma variação do fluxo magnético em função da variação do ângulo formado pelo vetor B com a normal ao plano da espira.
A energia mecânica utilizada para fazer a espira girar é transformada em energia elétrica dando origem a uma fem induzida.

O coletor mostrado na figura é constituído por contactos cilíndricos cuja função é permitir a passagem da corrente elétrica de uma espira móvel para contactos fixos.
Dependendo da construção do coletor podemos ter como resultado uma corrente alternada ou uma corrente contínua.

O alternador é um gerador elétrico que transforma energia mecânica em elétrica fornecendo uma fem alternada, cujo gráfico é o da figura.

A figura assinala o período da fem alternada, isto é, o tempo que ela gasta para completar uma ciclo, voltando às condições iniciais.

O dínamo é um gerador elétrico que transforma energia mecânica em elétrica fornecendo uma fem pulsante e num só sentido, cujo gráfico é o da figura.

Dependendo de detalhes construtivos do coletor a fem pode ter menores variações de valor pela superposição dos pulsos.
A figura a seguir mostra o gráfico quando dobramos o número de pulsos num mesmo tempo.

As bobinas de indução são dispositivos eletromagnéticos constituídos por duas bobinas com enrolamentos superpostos e isolados entre si, com um mesmo núcleo, cuja função é obter elevadas diferenças de potencial.
Um dos enrolamentos é de pequeno número de espiras, denominado de primário e o outro de elevado número de espiras, denominado de secundário.

O primário está ligado a uma fonte de corrente contínua de baixa tensão tendo em série um vibrador, isto é, um dispositivo que abre e fecha o circuito. A corrente pulsante no primário produz um campo magnético pulsante e variações rápidas de fluxo, dando origem a uma fem induzida de elevado valor no secundário.
O gráfico da corrente pulsante no primário e da fem induzida no secundário está mostrado na figura a seguir.

É um freio produzido por um dispositivo eletromagnético. Sempre que uma placa condutora não ferromagnética, se desloca num campo magnético surgem as correntes de Foucault que dão origem a um campo magnético em oposição ao existente, produzem um efeito de frenagem.
Para entendermos como ocorre o efeito de frenagem vamos considerar uma placa retangular de material condutor que atravessa um campo magnético

A figura da direita mostra as correntes de Foucault na placa e o campo magnético que elas produzem em oposição ao campo existente produzido pelo imã , que são responsáveis pela frenagem.

É um forno usado para fundir metais cujo aquecimento é produzido pelas correntes de Foucault que se formam no interior de blocos metálicos submetidos a um campo magnético variável.
O forno de indução é basicamente constituído por um forno situado no interior de um forte campo magnético alternativo e de elevada freqüência

É um dispositivo eletromagnético capaz de transformar uma fem e₁ numa outra fem e₂.

O transformador é constituído basicamente de um núcleo metálico e dois enrolamentos denominados de primário e secundário
O núcleo de material condutor garante que todas as linhas de indução magnética no primário são as mesmas no secundário e que o fluxo magnético F_e numa espira do primário seja igual ao fluxo magnético numa espira do secundário.
O fluxo magnético em cada enrolamento é igual ao produto do número de espiras do enrolamento multiplicado pelo fluxo numa espira
A taxa de variação do fluxo magnético em uma espira é a mesma no primário e no secundário

Conclusão:

A força eletromotriz em cada enrolamento é proporcional ao número de espiras.

A potência elétrica desenvolvida no primário é igual à do secundário, que será denominada de potência no transformador.
Esta igualdade nos permite relacionar a fem e a intensidade de corrente nos enrolamentos.

Conclusão:

A força eletromotriz em cada enrolamento é inversamente proporcional à intensidade de corrente.

Consideremos uma espira retangular de área S, que gira com uma velocidade angular w, situada num campo magnético uniforme B, como mostra a figura.

O fluxo magnético na espira é:

F = B.S.cos a, como a = wt, onde >>> F = B.S.cos wt,

A fem induzida é:

e = - dF / dt >>> e = - B.S.w.(- sen wt) >>>

e = e_max sen wt

onde w = 2p / T, sendo T o período
e e_max = B.S.w

A figura mostra o gráfico da variação da fem induzida com o tempo.

Qual é a equação da corrente alternada e o seu gráfico num circuito contendo apenas resistores? MAG030309

Sabemos que:

e = i.R onde R é a resistência equivalente do circuito, e que conseqüentemente e_max = i_max.R, logo

i = i_max.sen wt

onde w = 2p / T, sendo T o período
e i_max = B.S.w / R

A figura mostra o gráfico da variação da intensidade de corrente alternada com o tempo.

O que é e qual é o valor da intensidade de corrente eficaz num circuito de corrente alternada contendo apenas resistores? MAG030310

Denominamos de intensidade de corrente elétrica eficaz I a intensidade que num circuito de corrente contínua produziria a mesma quantidade calor que a corrente alternada em um período.

A intensidade de corrente eficaz é igual a

O cálculo a seguir não é essencial para o entendimento da física, mas é um ótimo exemplo de como a matemática pode nos conduzir a resultados importantes.

Energia elétrica dW transformada em calor na resistência equivalente R, percorrida por uma corrente i alternada durante um tempo dt.

Energia elétrica W transformada em calor na resistência equivalente R durante um período T ou seja desde a = 0 até a = 2p.

O que é e qual é o valor da fem eficaz num circuito de fem alternada contendo apenas resistores? MAG030311

Qual é o valor da potência consumida média num circuito de fem alternada contendo apenas resistores? MAG030312