Gerador de tensão contínua e balanço energético num circuito

À descoberta de...

Geradores de corrente contínua e balanço energético num circuito

Qual é a função de um gerador?

As pilhas são geradores de corrente contínua ou alternada?

O que é a força eletromotriz de um gerador?

Porque é que a tensão nos terminais de um gerador não é sempre igual à sua força eletromotriz?

Entre nesta aula desafiante e encontre o caminho de saída através do conhecimento.

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Introdução

Bem-vindo à aula de desafios e quebra-cabeças.

Aprendizagens essenciais: - Compreender a função e as características de um gerador e determinar as características de uma pilha a partir da sua curva característica.- Aplicar, na resolução de problemas, a conservação de energia num circuito elétrico, tendo em conta o efeito Joule, explicando as estratégias de resolução. Deve analisar a informação dada, em todas as janelas interativas, e responder corretamente a todos os testes, para concluir com sucesso esta aula.

Profª. Maria João Silva

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Testes

Complete cada teste para vencer este desafio. Não há outra maneira de concluir com sucesso a aula.

Teste 1

Teste 2

Teste 3

Teste Final

Teste 4

Teste 5

Test 1

1/3

Recorde o que aprendeu ...O que é a diferença de potencial elétrico nos terminais de um condutor?

É a energia transferida para o condutor (por trabalho das forças elétricas) por unidade de carga que o atravessa.

É a carga que atravessa uma secção reta de um condutor por unidade de tempo.

Test 1

2/3

Está a ir bem. Próxima questão: Qual é a unidade do Sistema Internacional para a diferença de potencial ou tensão elétrica?

W (watt)

A (ampere)

J (joule)

V (volt)

Test 1

3/3

Recorde que nos metais, as colisões entre os eletrões de condução e os iões, que estão em permanente vibração, originam resistência ao movimento orientado dos eletrões. Nessas colisões, os eletrões transferem energia para os iões, o que leva ao aumento da vibração dos iões e conduz a um aumento da temperatura do condutor metálico. Qual é a expressão que permite calcular a potência dissipada (P) num condutor por efeito Joule?

Testes

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Teste 2

Teste 1

Teste 3

Teste 5

Teste Final

Teste 4

1/3

Test 2

Observe a imagem e selecione a opção correta.

O gerador apresentado é ideal, pelo que a diferença de potencial nos seus terminais não depende da corrente elétrica que percorre o circuito a que está ligado.

O valor da diferença de potencial nos terminais do gerador pode medir-se com um voltímetro que se instala em série.

O gerador apresentado tem uma elevada resistência interna (r).

2/3

Test 2

Agora observe com atenção a figura seguinte. Selecione a opção correta.

Quando o circuito está fechado, a resitência interna da pilha provoca dissipação de energia por efeito Joule e uma queda de tensão nos seus terminais.

Se o circuito estiver fechado, a diferença de potencial nos terminais da pilha não gera uma corrente elétrica no circuito.

Quando uma pilha está instalada num circuito aberto, existe corrente elétrica a atravessá-la.

3/3

Test 2

Esta é a última questão deste teste. Qual é a expressão que permite calcular a energia dissipada no gerador (Ed) provocada pela sua resistência interna?

Possíveis esquemas de representação de um gerador real num circuito fechado.

Testes

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Teste 1

Teste 2

Teste 3

Teste 4

Teste 5

Teste Final

Test 3

1/3

Observe a imagem que representa um circuito com um gerador (pilha) e um condutor puramente resistivo.Qual é a expressão que permite calcular a energia disponibilizada (transformada em energia elétrica) pelo gerador por unidade de carga que o atravessa (Eg)?

Test 3

2/3

Continue com atenção!

Qual é a expressão que permite calcular a energia fornecida pelo gerador ao circuito exterior (energia útil, Eu)?

Test 3

3/3

Está quase a concluir esta etapa! Qual é a expressão que permite calcular a energia dissipada no gerador (Ed)?

Testes

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Teste 1

Teste 2

Teste 3

Teste 4

Teste 5

Teste Final

1/3

Test 4

9,0 V

0,45 V

8,2 V

8,6 V

2/3

Test 4

Considere que a curva característica de uma pilha corresponde à expressão: y = -3,0x + 12,0 Que grandezas estão representadas pelas letras y e x na equação representada?

O y corresponde à força eletromotriz e x à resistência interna da pilha.

O y corresponde à tensão nos terminais da pilha em circuito fechado e x ao valor da corrente elétrica que atravessa a pilha.

O y corresponde à resistência interna e x à força eletromotriz da pilha.

O y corresponde ao valor da corrente elétrica que atravessa a pilha e x à tensão nos terminais da pilha em circuito fechado.

3/3

Test 4

Ainda sobre a curva característica de uma pilha representada pela expressão: y = -3,0x + 12,0 Quais são os valores das grandezas que caracterizam esta pilha.

Testes

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Teste 1

Teste 2

Teste 3

Teste 5

Teste Final

Teste 4

Test 5

1/3

Verifique se aprendeu:

Indique os valores medidos pelo amperímetro e pelo voltímetro, intercalados no circuito, com o interruptor aberto.

I = 3,0 A e U = 6,0 V

I = 0,0 A e U = 6,0 V

I = 6,0 A e U = 12,0 V

I = 0,0 A e U = 12,0 V

Test 5

2/3

Continue a testar os seus conhecimentos...

Indique o valor da força eletromotriz do gerador.

2,0 V

12,0 V

0,5 V

3,0 V

Test 5

3/3

Ainda sobre as características do gerador...

Determine a resistência interna do gerador.

Testes

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Teste 1

Teste 2

Teste 3

Teste Final

Teste 4

Teste 5

1/4

Test 6

Observe o circuito elétrico representado na figura.Com o circuito aberto, o valor lido no voltímetro é 3,0 V. Com o circuito fechado, o voltímetro mede uma tensão elétrica de 2,8 V e o amperímetro mede uma corrente elétrica de 200 mA. Determine o valor da resistência interna do gerador. Selecione a opção correta.

2/4

Test 6

Ainda sobre o mesmo circuito elétrico...Com o circuito aberto, o valor lido no voltímetro é 3,0 V. Com o circuito fechado, o voltímetro mede uma tensão elétrica de 2,8 V e o amperímetro mede uma corrente elétrica de 200 mA. Calcule a potência dissipada no condutor puramente resistivo. Selecione a opção correta.

1,2 W

0,60 W

0,56 W

0,040 W

3/4

Test 6

O circuito da figura é constituído por um gerador de corrente contínua, ligado a um condutor puramente resistivo, R, e a um amperímetro que indica uma leitura de 2,0 A. Determine a energia elétrica dissipada na resistência R, durante o intervalo de tempo de 20,0 s. Selecione a opção correta.

3,2 x 103 J

1,8 x 102J

3,5 x 103 J

8,0 x 101 J

4/4

Test 6

Para terminar, aplicando a Lei da Conservação da Energia...Considere o circuito da figura em que o amperímetro indica uma leitura de 2,0 A. Determine a potência elétrica disponibilizada pelo gerador, sabendo que a sua resistência interna dissipa 3,0 x 102 J em 20,0 s. Selecione a opção correta.

3,2 x 103 W

1,8 x 102 W

1,6 x 102 W

3,5 x 103 W

FIM

Parabéns, completou com sucesso esta aula!

Bibliografia

Recomeçar?

Atenção!

Essa resposta não é correta...

Tente outra vez.

Mas não perca a atenção, continue o o seu caminho. Consulte o manual, da pág. 76 à 92, ou peça ajuda à professora e tente outra vez.

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Gráfico U = f(I): curva característica de um gerador.

U - Diferença de potencial elétrico nos terminais de um gerador e que é fornecida ao resto do circuito, tendo em conta as suas características (em circuito fechado).

Geradores de corrente contínua

As pilhas e as baterias são exemplos de geradores que fornecem energia elétrica a partir de energia química, devido a reações químicas que ocorrem no seu interior. São geradores do tipo da pilha voltaica (pilha de Volta), o primeiro gerador eletroquímico.Note-se que este componente elétrico não gera cargas elétricas, apenas impõe uma tensão elétrica que conduz ao movimento das cargas presentes no condutor.

As pilhas e as baterias são geradores de corrente contínua, fornecem uma diferença de potencial praticamente constante.

Energia fornecida pelo gerador ao circuito, sem resistência interna (gerador ideal) e com resistência interna (gerador real)

Tal como todos os outros componentes do circuito, a pilha tem uma resistência, uma vez que as partículas com carga elétrica também sofrem colisões ao moverem-se no seu interior. Esta resistência interna, r, provoca dissipação de energia, que se verifica no aquecimento das pilhas.

Em qualquer circuito há sempre conservação da energia: a energia do gerador é distribuída por ele próprio (efeito Joule) e pelos diversos recetores.

Bibliografia

Ventura, G. , Fiolhais, M. , Fiolhais, C. (2021). 10 F - Física e Química A - 10º Ano - Física. 1ª Edição, Texto Editores. Maciel, N. , Marques, M. , Cação, A. , Magalhães, A. , Azevedo, C. (2021). Física em ação 10. 1ª Edição, Porto Editora. Rodrigues, C. , Santos, C. , Miguelote, L. , Santos, P. (2021). Rumo à Física 10 – 10º Ano. 1ª Edição, Areal Editores.

Força eletromotriz de um gerador,

Como a energia se conserva: E gerador = E útil + E dissipada

Para caracterizar a energia do gerador, define-se uma grandeza, designada por força eletromotriz do gerador. A força eletromotriz não é uma força, mas sim uma energia por unidade de carga.

Recordando...

Num circuito em que além do gerador exista apenas um recetor puramente resistivo com resistência R:Pu = U I ou Pu = R I 2 (a potência útil do gerador, Pu, é igual à potência do recetor, PR). Pg = Pu + Pd ou Pg = PR + Pd

, sendo U = R I

ou

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