Um carrinho de brinquedo, para se mover, necessita de uma energia que é convertida em trabalho mecânico. O mesmo serve para um liquidificador ligado na tomada. Esses tipos de dispositivos, assim como pilhas e baterias, são conhecidos como geradores elétricos. Nesses geradores ocorrem um outro fenômeno conhecido como força eletromotriz. Estudaremos aqui essa “força” encontrada nos geradores.
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O que é força eletromotriz?
A força eletromotriz, ou f.e.m, é a ddp (diferença de potencial) medida nos terminais do gerador quando não existe nenhuma corrente percorrendo ele. Por exemplo, uma pilha não está sendo submetida a nenhuma corrente elétrica externa a ela. Porém, se medirmos sua ddp, ela constará 1,5V. Esse valor representa a f.e.m da pilha.
Além dessa força eletromotriz, existe também a força contra-eletromotriz (f.c.e.m). Essa f.c.e.m aparece nos receptores, aparelhos que transformam energia elétrica em energia mecânica. Lembrando que a f.e.m e a f.c.e.m são tensões, pois a unidade de medida no S.I de ambas é o VOLT (V). Logo, a designação “força” não é muito apropriada, porém ela é bem disseminada no meio científico.
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Lembrando que a força eletromotriz (E) é o trabalho realizado por uma força não eletrostática. Em contrapartida, a ddp usual que conhecemos (U) é o trabalho que uma força eletrostática realiza para mover uma carga elétrica de um ponto ao outro de um circuito. Em outras palavras, uma possui uma força não eletrostática e a outra possui uma força eletrostática, respectivamente.
A equação para um gerador, considerando o princípio da conservação da energia, é:
Na equação acima, temos que U é a ddp, E é a força eletromotriz, r o resistor interno do gerador e i a corrente que passa no gerador. Se a resistência interno do gerador for igual a zero (r = 0) teremos que a ddp será igual a força eletromotriz. Quando acontece tal situação, chamamos o gerador de gerador ideal.
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Para que serve a força eletromotriz?
Vamos supor a seguinte situação. Você possui um carrinho de brinquedo movido a pilhas parado a algum tempo. Certo dia você decide testar o brinquedo para ver a situação atual dele, logo você faz a troca das pilhas para ele voltar a funcionar.
Você então percebe que o carrinho ainda está andando logo após as trocas da pilha. Por alguma razão a pilha fez com que o motor elétrico do carrinho realizasse algum tipo de trabalho mecânico. Esse trabalho é realizado pela força eletromotriz que existe na pilha. De uma maneira formal:
A força eletromotriz, cujo símbolo é f.e.m., consiste na força elétrica produzida pela conversão de qualquer forma de energia em energia elétrica, que gera uma corrente elétrica. É igual à energia por unidade de carga fornecida por uma fonte de energia elétrica.
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Fórmula
Podemos definir a f.e.m como uma expressão matemática, que é mostrada a seguir:
Sendo que:
- E: força eletromotriz;
- Pt: potência total fornecida pelo gerador;
- i: intensidade da corrente que atravessa o gerador.
Isso significa que a força eletromotriz é a razão entre a potência total do gerador pela corrente que o percorre.
Videoaulas sobre força eletromotriz
Para expandir um pouco mais o conhecimento sobre o assunto, confira alguns vídeos com maiores explicações sobre o conteúdo.
Geradores elétricos
Nesse vídeo é apresentado o conceito de geradores elétricos, a equação que os define e a força eletromotriz.
A força eltromotriz
Aqui é apresentado uma breve explicação sobre a força eletromotriz juntamente com um exemplo prático do nosso cotidiano.
Mais um pouco sobre geradores
A videoaula apresenta os conceitos de gerador, além da explicação da força eletromotriz, geradores ideais e o gráfico característico dos geradores.
Por fim, a força eletromotriz é importante para o nosso cotidiano, pois ela proporciona o funcionamento de alguns aparelhos que nos auxiliam nas tarefas diárias, como liquidificador, lanternas, controle remoto e vários outros.
Referências
Física para o ensino médio, vol. 3: mecânica – Kazuhito Yamamoto;
As faces da física – Wilson Carron.
Por Guilherme Santana da Silva
Graduado no curso de Física pela Universidade Estadual de Maringá. Professor assistente em um colégio de ensino médio e preparatório para os vestibulares. Nas horas vagas se dedica à vida religiosa, praticar mountain bike, tocar bateria, dar atenção à família e cuidar de suas duas gatinhas Penélope e Mel.
Santana, Guilherme. Força eletromotriz. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/forca-eletromotriz. Acesso em: 26 de April de 2024.
1. [UEFS BA]
O gerador elétrico é um dispositivo que fornece energia às cargas elétricas elementares, para que essas se mantenham circulando. Considerando-se um gerador elétrico que possui fem ε = 40,0V e resistência interna r = 5,0 Ω, é correto afirmar que
a) a intensidade da corrente elétrica de curto circuito é igual a 10,0A.
b) a leitura de um voltímetro ideal ligado entre os terminais do gerador é igual a 35,0V.
c) a tensão nos seus terminais, quando atravessado por uma corrente elétrica de intensidade i = 2,0A, é U = 20,0V.
d) a intensidade da corrente elétrica que o atravessa é de 5,6A, quando a tensão em seus terminais é de 12,0V.
e) ele apresenta um rendimento de 45%, quando atravessado por uma corrente elétrica de intensidade i = 3,0A.
a) ERRADA: A corrente elétrica de curto-circuito existe quando a ddp é nula, assim, aplicando a equação para os geradores, teremos:
U = ε – r.i
0 = 40 – 5.iCC
5.iCC = 40
iCC = 8 A
b) ERRADA: A leitura do voltímetro será 35 V somente se a corrente que fluir pelo circuito for igual à 1 A.
c) ERRADA: Aplicando-se a equação do gerador, teremos:
U = ε – r.i
U = 40 – 5 . 2
U = 40 – 10
U = 30 V
d) CORRETA: Utilizando a equação do gerador, temos
U = ε – r.i
12 = 40 – 5.i
5.i = 40 – 12
5.i = 28
i = 5,6 A
e) ERRADA: Se i = 3 A, teremos:
U = ε – r.i
U = 40 – 5.3
U = 40 – 15
U = 35 V
A razão entre a ddp real fornecida e a força eletromotriz é o rendimento do gerador, sendo assim, teremos:
R = 35 ÷ 40
R = 0,87 = 87 %
RESPOSTA: d)
2. [UFRJ]
O gráfico a seguir, representa a curva característica de um gerador. Analisando as informações do gráfico, determine:
a) a resistência interna do gerador
b) a f.e.m. e a intensidade da corrente de curto-circuito do gerador.
a) A resistência interna do gerador pode ser calculado a partir da tangente do angulo que se forma entre o eixo que indica a corrente com a reta do gráfico, como mostra a imagem a seguir
O ângulo em questão é a. Assim, temos que
r = tan(a) = (cateto oposto)/(cateto adjacente)
No nosso caso o cateto oposto vale 80 e o cateto adjacente vale 10. Logo
r = tan(a) = 80/10 = 8Ω
b) A f.e.m equivale ao valor da ddp quando não existe corrente passando no circuito, ou seja
E = 80V
A corrente de curto circuito ocorre quando não existe ddp no circuito, logo, pelo gráfico, temos que
iCC = 10A