F4 |Circuitos elétricos
Geradores de corrente elétrica, efeito de Joule, Lei da Conservação da Energia e curva característica de um gerador
Geradores de corrente elétrica
Gerador: sistema capaz de provocar continuamente uma diferença de potencial entre os extremos do circuito.
A grandeza física que mede a energia transferida para o recetor (ou transformada pelo recetor), num dado intervalo de tempo, é designada por potência elétrica, P, medindo-se em watt (W), no SI:
Tipos de geradores
Geradores químicos: transformam energia química em energia elétrica.
Exemplos: pilhas e baterias
Geradores térmicos: convertem diretamente energia térmica em energia elétrica.
Exemplos: termopares
Tipos de geradores
Geradores mecânicos: transformam energia mecânica em energia elétrica.
Exemplos: alternadores, dínamos e geradores de Van de Graaff
Geradores solares: captam a energia solar e transformam-na em energia elétrica.
Exemplos: células fotoelétricas
Tipos de geradores
Os geradores também podem ser classificados de acordo com o tipo de corrente que fornecem ao circuito.
Geradores de tensão contínua: fornecem praticamente sempre a mesma diferença de potencial ao circuito, pois os eletrões circulam sempre no mesmo sentido e a corrente elétrica (I) é constante ao longo do tempo.
Corrente contínua
Geradores de tensão alternada: produzem corrente elétrica que varia periodicamente ao longo do tempo, alternando entre valores positivos e negativos, mediante o sentido do movimento dos eletrões, que varia constantemente.
Corrente alternada
Exercício n.º 1
O primeiro gerador de corrente foi inventado por Alessandro Volta.
a) O que é um gerador de corrente elétrica?
b) Qual é a função de um gerador?
c) A pilha de Volta, é um gerador de que tipo?
d) Qual é o tipo de corrente elétrica produzida por uma pilha de Volta?
Resolução do exercício n.º 1
O primeiro gerador de corrente foi inventado por Alessandro Volta.
a) O que é um gerador de corrente elétrica?
Um gerador de corrente elétrica é um sistema capaz de provocar continuamente um fluxo de cargas elétricas ao longo dos condutores a ele ligados.
b) Qual é a função de um gerador?
A função do gerador é aplicar continuamente uma diferença de potencial entre os extremos do circuito, produzindo permanentemente o movimento orientado das cargas elétricas ao longo desse circuito, fornecendo-lhe energia elétrica.
c) A pilha de Volta, é um gerador de que tipo?
É um gerador eletroquímico, uma vez que, transforma energia química em energia elétrica.
d) Qual é o tipo de corrente elétrica produzida por uma pilha de Volta?
Corrente elétrica contínua (CC).
Exercício n.º 2
Indica para cada figura, o tipo de gerador, e a respetiva transformação de energia
Resolução do exercício n.º 2
Indica para cada figura, o tipo de gerador, e a respetiva transformação de energia
A - gerador eletroquímico, porque transforma energia química em energia elétrica. B - gerador solar, pois transforma energia solar em energia elétrica. C - gerador mecânico, pois transforma energia mecânica em energia elétrica. D - gerador térmico, pois transforma energia térmica em energia elétrica.
Dedução da fórmula (expressão matemática) da potência:
A energia elétrica está associada à diferença de potencial elétrico através da expressão:
Conjugando com a expressão da potência elétrica:
Usando a definição de corrente elétrica:
Obtêm-se:
Energia transferida para o recetor elétrico
Para se determinar a energia transferida para o recetor elétrico, recorre-se às expressões:
Potência de um recetor elétrico
Definição de potência
A energia transferida para um recetor elétrico, num dado intervalo de tempo, depende da diferença de potencial elétrico aplicada nos seus terminais e da corrente elétrica.
Efeito de Joule e Lei da Conservação da Energia
Por vezes, num circuito elétrico, ou, mais especificamente, em determinados aparelhos/dispositivos elétricos, verifica--se um aumento de temperatura devido à transformação de parte da energia fornecida (ou da sua quase totalidade) em energia térmica.
Neste circuito elétrico é possível observar uma aplicação prática do efeito Joule: a palha-d’aço fica incandescente e entra em combustão quando há passagem de corrente elétrica através dela.
Como se explica a dissipação de energia sob a forma de calor?
Devido às colisões dos eletrões de condução, durante o seu movimento ao longo do circuito, com os “iões” que constituem alguns componentes por onde passa a corrente elétrica.
Aumento da vibração microscópica destes “iões” e, portanto, a um aumento da temperatura do material que constitui a maioria dos componentes do circuito.
A este fenómeno dá-se o nome de efeito Joule.
Potência dissipada por efeito de Joule
Se um recetor elétrico for considerado um condutor puramente resistivo (dissipa energia sob a forma de calor, por exemplo, uma resistência elétrica num aquecedor de varas) pode dizer-se que toda a energia recebida pelo componente a partir do gerador vai ser dissipada na forma de calor, dada por:
Para um condutor que obedeça à Lei de Ohm:
Energia dissipada no componente:
Potência dissipada por efeito Joule:
Exemplos de condutores puramente resistivos
- cafeteiras elétricas;
- ferros de engomar;
- fornos;
- torradeiras;
- aquecedores.
Condutores puramente resistivos
Exercício n.º 3
Um aquecedor elétrico doméstico possui uma resistência 22 Ω. Quando é ligado a uma tomada de 220 V, passa na resistência uma corrente de 8 A. Calcule a energia consumida pelo aquecedor durante 2 horas de funcionamento.
A energia consumida pelo aquecedor durantes 2 horas foi de 12 672 000 J.
Exercício n.º 4
Um ferro de engomar elétrico tem uma resistência de 0,2 Ω. Quando é ligado a uma tomada de 220 V é percorrido por uma corrente elétrica de 5,0 A. Calcule a energia consumida pelo ferro de engomar durante 30 minutos de funcionamento.
A energia consumida pelo ferro de engomar foi de 1 980 000 J.
Características de um gerador
A referência de 9 V numa pilha indica que pelo facto de haver excesso de carga negativa no polo negativo e défice de carga negativa no polo positivo, ao ligar estes dois terminais através de um condutor elétrico, os eletrões de condução, sob o efeito da força elétrica, irão deslocar-se do polo negativo para o polo positivo.
Pilha de 9 V
Foi transferida aos portadores de carga elétrica (eletrões, no caso de um fio elétrico), por unidade de carga elétrica, a energia máxima de 9 J.
Diz-se que a força eletromotriz do gerador é ε = 9 V.
Características de um gerador
A referência de 9 V numa pilha indica que pelo facto de haver excesso de carga negativa no polo negativo e défice de carga negativa no polo positivo, ao ligar estes dois terminais através de um condutor elétrico, os eletrões de condução, sob o efeito da força elétrica, irão deslocar-se do polo negativo para o polo positivo.
Pilha de 9 V
Foi transferida aos portadores de carga elétrica (eletrões, no caso de um fio elétrico), por unidade de carga elétrica, a energia máxima de 9 J.
Diz-se que a força eletromotriz do gerador é ε = 9 V.
Força eletromotriz, f.e.m, do gerador
A força eletromotriz, f.e.m., do gerador corresponde ao valor máximo possível da diferença de potencial que o gerador consegue estabelecer entre os seus terminais.
Este valor pode ser medido diretamente com um voltímetro ligado aos terminais do gerador/pilha (leitura em circuito aberto).
Quando o gerador é considerado ideal, o valor de 9 V, por exemplo, seria o valor da diferença de potencial elétrico disponibilizado pela pilha quando esta fosse inserida num circuito elétrico.
Características de um gerador
No gerador/na pilha surge também resistência à movimentação dos portadores de carga elétrica: diz-se que existe no gerador uma resistência interna, ri .
Ocorre dissipação de energia sob a forma de calor: uma pilha ligada a um circuito elétrico aumenta a sua temperatura.
As características de um gerador são: resistência interna (ri) e força eletromotriz (𝜺).
Lei da Conservação da Energia
Um circuito elétrico simples formado por uma pilha/um gerador real e por uma resistência elétrica exterior, R
Aplicando a Lei da Conservação de Energia:
Curva característica de um gerador
Equação da curva característica de um gerador, cujo gráfico pode ser observado:
Exercício n.º 5
Observe o gráfico que representa a curva característica de um gerador elétrico. Escreva a expressão que traduz a curva característica deste gerador.
Exercício n.º 6
Sabendo que a curva característica de um gerador elétrico é Selecione o gráfico que representa a curva característica desse um gerador.
(A)
(B)
(C)
(D)
Resolução: Opção (A).
Referências
[Sara Dias]. (2025). 2.4 – Geradores de corrente elétrica e 2.5 - Lei de Joule [Adaptação da apresentação PowerPoint da Porto Editora e da Areal Editores para Genially]. Genially. https://view.genially.com/68e8d73d6c6cb1c4ec2e53a9/presentation-apresentacao-no1f424geradores-de-corrente-eletricavf
Apresentação n.º1_geradores de corrente eletrica_Lei de Joule
Sara Dias
Created on October 10, 2025
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Transcript
F4 |Circuitos elétricos
Geradores de corrente elétrica, efeito de Joule, Lei da Conservação da Energia e curva característica de um gerador
Geradores de corrente elétrica
Gerador: sistema capaz de provocar continuamente uma diferença de potencial entre os extremos do circuito.
A grandeza física que mede a energia transferida para o recetor (ou transformada pelo recetor), num dado intervalo de tempo, é designada por potência elétrica, P, medindo-se em watt (W), no SI:
Tipos de geradores
Geradores químicos: transformam energia química em energia elétrica.
Exemplos: pilhas e baterias
Geradores térmicos: convertem diretamente energia térmica em energia elétrica.
Exemplos: termopares
Tipos de geradores
Geradores mecânicos: transformam energia mecânica em energia elétrica.
Exemplos: alternadores, dínamos e geradores de Van de Graaff
Geradores solares: captam a energia solar e transformam-na em energia elétrica.
Exemplos: células fotoelétricas
Tipos de geradores
Os geradores também podem ser classificados de acordo com o tipo de corrente que fornecem ao circuito.
Geradores de tensão contínua: fornecem praticamente sempre a mesma diferença de potencial ao circuito, pois os eletrões circulam sempre no mesmo sentido e a corrente elétrica (I) é constante ao longo do tempo.
Corrente contínua
Geradores de tensão alternada: produzem corrente elétrica que varia periodicamente ao longo do tempo, alternando entre valores positivos e negativos, mediante o sentido do movimento dos eletrões, que varia constantemente.
Corrente alternada
Exercício n.º 1
O primeiro gerador de corrente foi inventado por Alessandro Volta.
a) O que é um gerador de corrente elétrica?
b) Qual é a função de um gerador?
c) A pilha de Volta, é um gerador de que tipo?
d) Qual é o tipo de corrente elétrica produzida por uma pilha de Volta?
Resolução do exercício n.º 1
O primeiro gerador de corrente foi inventado por Alessandro Volta.
a) O que é um gerador de corrente elétrica?
Um gerador de corrente elétrica é um sistema capaz de provocar continuamente um fluxo de cargas elétricas ao longo dos condutores a ele ligados.
b) Qual é a função de um gerador?
A função do gerador é aplicar continuamente uma diferença de potencial entre os extremos do circuito, produzindo permanentemente o movimento orientado das cargas elétricas ao longo desse circuito, fornecendo-lhe energia elétrica.
c) A pilha de Volta, é um gerador de que tipo?
É um gerador eletroquímico, uma vez que, transforma energia química em energia elétrica.
d) Qual é o tipo de corrente elétrica produzida por uma pilha de Volta?
Corrente elétrica contínua (CC).
Exercício n.º 2
Indica para cada figura, o tipo de gerador, e a respetiva transformação de energia
Resolução do exercício n.º 2
Indica para cada figura, o tipo de gerador, e a respetiva transformação de energia
A - gerador eletroquímico, porque transforma energia química em energia elétrica. B - gerador solar, pois transforma energia solar em energia elétrica. C - gerador mecânico, pois transforma energia mecânica em energia elétrica. D - gerador térmico, pois transforma energia térmica em energia elétrica.
Dedução da fórmula (expressão matemática) da potência:
A energia elétrica está associada à diferença de potencial elétrico através da expressão:
Conjugando com a expressão da potência elétrica:
Usando a definição de corrente elétrica:
Obtêm-se:
Energia transferida para o recetor elétrico
Para se determinar a energia transferida para o recetor elétrico, recorre-se às expressões:
Potência de um recetor elétrico
Definição de potência
A energia transferida para um recetor elétrico, num dado intervalo de tempo, depende da diferença de potencial elétrico aplicada nos seus terminais e da corrente elétrica.
Efeito de Joule e Lei da Conservação da Energia
Por vezes, num circuito elétrico, ou, mais especificamente, em determinados aparelhos/dispositivos elétricos, verifica--se um aumento de temperatura devido à transformação de parte da energia fornecida (ou da sua quase totalidade) em energia térmica.
Neste circuito elétrico é possível observar uma aplicação prática do efeito Joule: a palha-d’aço fica incandescente e entra em combustão quando há passagem de corrente elétrica através dela.
Como se explica a dissipação de energia sob a forma de calor?
Devido às colisões dos eletrões de condução, durante o seu movimento ao longo do circuito, com os “iões” que constituem alguns componentes por onde passa a corrente elétrica.
Aumento da vibração microscópica destes “iões” e, portanto, a um aumento da temperatura do material que constitui a maioria dos componentes do circuito.
A este fenómeno dá-se o nome de efeito Joule.
Potência dissipada por efeito de Joule
Se um recetor elétrico for considerado um condutor puramente resistivo (dissipa energia sob a forma de calor, por exemplo, uma resistência elétrica num aquecedor de varas) pode dizer-se que toda a energia recebida pelo componente a partir do gerador vai ser dissipada na forma de calor, dada por:
Para um condutor que obedeça à Lei de Ohm:
Energia dissipada no componente:
Potência dissipada por efeito Joule:
Exemplos de condutores puramente resistivos
Condutores puramente resistivos
Exercício n.º 3
Um aquecedor elétrico doméstico possui uma resistência 22 Ω. Quando é ligado a uma tomada de 220 V, passa na resistência uma corrente de 8 A. Calcule a energia consumida pelo aquecedor durante 2 horas de funcionamento.
A energia consumida pelo aquecedor durantes 2 horas foi de 12 672 000 J.
Exercício n.º 4
Um ferro de engomar elétrico tem uma resistência de 0,2 Ω. Quando é ligado a uma tomada de 220 V é percorrido por uma corrente elétrica de 5,0 A. Calcule a energia consumida pelo ferro de engomar durante 30 minutos de funcionamento.
A energia consumida pelo ferro de engomar foi de 1 980 000 J.
Características de um gerador
A referência de 9 V numa pilha indica que pelo facto de haver excesso de carga negativa no polo negativo e défice de carga negativa no polo positivo, ao ligar estes dois terminais através de um condutor elétrico, os eletrões de condução, sob o efeito da força elétrica, irão deslocar-se do polo negativo para o polo positivo.
Pilha de 9 V
Foi transferida aos portadores de carga elétrica (eletrões, no caso de um fio elétrico), por unidade de carga elétrica, a energia máxima de 9 J.
Diz-se que a força eletromotriz do gerador é ε = 9 V.
Características de um gerador
A referência de 9 V numa pilha indica que pelo facto de haver excesso de carga negativa no polo negativo e défice de carga negativa no polo positivo, ao ligar estes dois terminais através de um condutor elétrico, os eletrões de condução, sob o efeito da força elétrica, irão deslocar-se do polo negativo para o polo positivo.
Pilha de 9 V
Foi transferida aos portadores de carga elétrica (eletrões, no caso de um fio elétrico), por unidade de carga elétrica, a energia máxima de 9 J.
Diz-se que a força eletromotriz do gerador é ε = 9 V.
Força eletromotriz, f.e.m, do gerador
A força eletromotriz, f.e.m., do gerador corresponde ao valor máximo possível da diferença de potencial que o gerador consegue estabelecer entre os seus terminais.
Este valor pode ser medido diretamente com um voltímetro ligado aos terminais do gerador/pilha (leitura em circuito aberto).
Quando o gerador é considerado ideal, o valor de 9 V, por exemplo, seria o valor da diferença de potencial elétrico disponibilizado pela pilha quando esta fosse inserida num circuito elétrico.
Características de um gerador
No gerador/na pilha surge também resistência à movimentação dos portadores de carga elétrica: diz-se que existe no gerador uma resistência interna, ri .
Ocorre dissipação de energia sob a forma de calor: uma pilha ligada a um circuito elétrico aumenta a sua temperatura.
As características de um gerador são: resistência interna (ri) e força eletromotriz (𝜺).
Lei da Conservação da Energia
Um circuito elétrico simples formado por uma pilha/um gerador real e por uma resistência elétrica exterior, R
Aplicando a Lei da Conservação de Energia:
Curva característica de um gerador
Equação da curva característica de um gerador, cujo gráfico pode ser observado:
Exercício n.º 5
Observe o gráfico que representa a curva característica de um gerador elétrico. Escreva a expressão que traduz a curva característica deste gerador.
Exercício n.º 6
Sabendo que a curva característica de um gerador elétrico é Selecione o gráfico que representa a curva característica desse um gerador.
(A)
(B)
(C)
(D)
Resolução: Opção (A).
Referências
[Sara Dias]. (2025). 2.4 – Geradores de corrente elétrica e 2.5 - Lei de Joule [Adaptação da apresentação PowerPoint da Porto Editora e da Areal Editores para Genially]. Genially. https://view.genially.com/68e8d73d6c6cb1c4ec2e53a9/presentation-apresentacao-no1f424geradores-de-corrente-eletricavf