Força eletromotriz

Diariamente utilizamos algum tipo de equipamento que precisa de energia para funcionar. É a força eletromotriz que está envolvida em todos esses processos.

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.

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.

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.

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.

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.

Guilherme Santana da Silva
Por Guilherme Santana da Silva

Graduando 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.

Exercícios resolvidos

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

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