Gerador de corrente eléctrica — Tensão eléctrica

Nos parágrafos anteriores, já fizemos referência ao gerador de corrente eléctrica e diferença de potencial (ou tensão eléctrica) que ele cria de modo a permitir o movimento ordenado das cargas eléctricas.

Gerador de corrente eléctrica: é um dispositivo que transforma qualquer forma de energia em energia eléctrica.

• O gerador mais simples é o dínamo da bicicleta que transforma a energia mecânica do movimento da roda (energia cinética) em energia eléctrica.
• As pilhas e as baterias são chamadas geradores eletroquímicos, porque transformam a energia química em energia eléctrica.
• As centrais térmicas, transformam a energia térmica em energia eléctrica.
• As centrais hidroeléctricas são geradores que transformam a energia mecânica das quedas de água (energia potencial gravitacional) em energia eléctrica.
• As centrais nucleares são geradores que transformam a energia nuclear em energia eléctrica.
• As centrais térmicas, transformam a energia térmica em energia eléctrica.

Um gerador de corrente eléctrica possui dois terminais ou pólos: o terminal ou pólo positivo e o terminal ou pólo negativo. Entre estes terminais existe uma diferença de potencial que vai gerar um campo eléctrico, obrigando as cargas eléctricas a deslocarem-se de um pólo para o outro, estabelecendo-se assim uma corrente eléctrica que vai fazer a lâmpada acender.

Um gerador de corrente representa-se simbolicamente por dois traços verticais: um fino e comprido que simboliza o terminal positivo e o outro, curto e grosso que simboliza o terminal negativo.

Fig. 1.26 Símbolo do gerador

A diferença de potencial (ou tensão) é uma grandeza física que se representa pelas letras ΔU, U, ΔV ou V. A sua unidade, no Sistema Internacional, é o Volt (V), em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), inventor da primeira pilha que recebeu o seu nome - pilha de Volta.

Esta unidade é relativamente pequena, isto é, vulgarmente trabalha-se com diferenças de potencial muito maiores que 1 V. Assim, é necessário ter em atenção alguns múltiplos dessa unidade, como por exemplo:

• kilovolt (1 kV = 1 000 = 10³ V), quilovolt
• Megavolt (1 MV = 1 000 000 = 10⁶ V).

Noção de resistência eléctrica de um condutor

Todos os corpos são constituídos por átomos e moléculas. Os átomos, por sua vez, são constituídos por protões e neutrões (no núcleo) e por electrões (na eletrosfera). Nos condutores metálicos, existe um grande número de electrões livres que, submetidos a uma diferença de potencial (ΔU) se deslocam ordenadamente, estabelecendo-se no condutor uma corrente eléctrica de intensidade l.

Fig. 1.28 Durante o seu movimento os electrões chocam com as partículas do condutor, surgindo assim uma resistência ao seu movimento.

Contudo, durante o movimento dos electrões, estes enfrentam uma certa oposição por parte das outras partículas do condutor, que dificultam a sua passagem. Esta oposição resulta dos choques entre as cargas eléctricas em movimento ordenado e as outras partículas do condutor.

A esta oposição, que as outras partículas do condutor, oferecem à passagem das cargas eléctricas, dá-se o nome de Resistência eléctrica (R) do condutor. A resistência eléctrica de um condutor calcula-se, dividindo a diferença de potencial (ΔU) nos seus extremos, pela intensidade (l) da corrente que o percorre.

Onde:

ΔU – diferença de potencial ou tensão, nos extremos do condutor, medida em volt (V).

I – Intensidade da corrente, que passa pelo condutor, medida em amperes (A).

R – Resistência eléctrica do condutor, medida em volt por ampere (V/A), unidade esta que recebeu o nome de ohm (Ω) em homenagem ao físico alemão George Simon Ohm.

Circuito eléctrico e seus elementos

Um circuito eléctrico é um conjunto de aparelhos interligados electricamente de forma apropriada. É constituído, pelo menos, por um gerador eléctrico, que fornece a energia, por um receptor, que recebe energia e por fios condutores que interligam os aparelhos.

Um circuito eléctrico, muito simples, é constituído por um gerador de corrente (pilha) e uma lâmpada. O gerador e a lâmpada são ligados entre si por fios condutores. Para ligar e desligar o circuito usa-se um interruptor.

Fig. 1.29 Um circuito eléctrico simples.

Os principais elementos que podem constituir um circuito eléctrico são os seguintes:

• Gerador de corrente eléctrica (pilha, bateria) - fornece energia as cargas permitindo que se desloquem.
• Resistência eléctrica (R) - receptor ou consumidor de energia eléctrica.
• Lâmpada eléctrica (L) - é também um receptor ou consumidor de energia eléctrica que recebe das cargas.
• Interruptor de corrente (K) - liga e desliga o circuito, estabelecendo ou interrompendo a corrente.
• Fio condutor – liga entre si os diferentes elementos do circuito, permitindo a circulação das cargas.

Fig. 1.30 Símbolos dos elementos que constituem um circuito eléctrico.

Para além destes elementos de um circuito eléctrico, existem aparelhos de medida que podem ser intercalados de modo a serem feitas medições de diversas grandezas eléctricas. Os mais conhecidos são:

• Voltímetro – um aparelho que realiza medições de tensão eléctrica num circuito e exibe essas medições por meio de um ponteiro móvel (voltímetro analógico) ou num mostrador digital (voltímetro digital). A unidade de medida apresentada é o volt (V). Para aferir a diferença de potencial entre dois pontos de um circuito, o voltímetro deve ser ligado em paralelo com a secção do circuito compreendida entre estes dois pontos. Por isso, para as medições serem precisas, o voltímetro deve ter uma resistência muito grande comparada as do circuito.
• Amperímetro – um aparelho utilizado para medir a intensidade de corrente eléctrica que passa por uma determinada região do circuito. Pode medir tanto corrente continua como corrente alternada. A unidade utilizada é o ampere (A). O amperímetro deve ser ligado sempre em série, para aferir a corrente que passa pela região do circuito onde se pretende medir a intensidade da corrente. Para isso o amperímetro deve ter uma resistência muito pequena.

E x e r c í c i o s  r e s o l v i d o s

1. Estabelecendo-se uma ddp de 12 V nos extremos de um condutor metálico, ele é atravessado, por minuto, por uma carga de 30 C.

a) Determine a intensidade da corrente que percorre o condutor.

b) Calcule a sua resistência eléctrica.

Resolução:

Dados: △U = 12 V; △t = 1 minuto = 60 s, Q = 30 C

2. Pela secção transversal de um condutor passam 1,25.10¹⁹ electrões durante 5 segundos, quando nele se estabelece uma diferença de potencial de 8 V. Determine:

a) A intensidade da corrente que percorre o condutor.

b) A resistência eléctrica do condutor.

Resolução:

Dados: n = 1,25.10¹⁹ electrões; △t = 5 s; △U = 8 V.

a) Primeiro devemos converter a quantidade de electrões que atravessam o condutor, para Coulomb (unidade de carga no SI).

3. A diferença de potencial entre dois pontos de um condutor é 16 V, e a resistência é 10 Ω.

a) Qual a intensidade da corrente que circula?

b) Quantos electrões passam, por minuto, por uma secção recta deste condutor?

Resolução:

Dados: △U = 16 V; R = 10 Ω; △t = 1 minuto = 60s

 4. Um condutor com resistência de 20 Ω é atravessado durante 2 minutos pela carga de 60 C. Determine:

a) A intensidade da corrente que percorre o condutor.

b) A ddp estabelecida nos seus extremos.

Resolução:

Dados: R = 20 Ω; △t = 2 minutos = 120 s; Q = 60 C

Bibliografia

MENESES, João Paulo. F10 - Física 10ª Classe. Texto Editores, Maputo, 2017.