Transformando energia mecânica em energia elétrica

Páginas: 15 (3537 palavras) Publicado: 7 de dezembro de 2012
Transformando energia mecânica em energia elétrica 1. INTRODUÇÃO

Neste tópico, apresentamos os princípios básicos de transformação de energia mecânica em energia elétrica, os quais são fundamentados na Lei de indução de Faraday. Quer a energia elétrica venha do vento ou da água, da força nuclear ou do carvão, das ondas ou das marés, ela é gerada de acordo com o princípio da induçãoeletromagnética. (Figura 1).
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Figura 1: Transformação de energia mecânica em elétrica1. A LEI DE INDUÇÃO DE FARADAY Vimos que, pela Lei de Faraday, a força eletromotriz induzida () em N espiras condutoras sujeitas a uma indução magnética() é proporcional à variação do fluxo magnético com o tempo , ou seja:           (1)O fluxo magnético pela área A das espiras é dado por: | |

Sendo o ânguloentre a normal () à superfície (linha tracejada) e a indução magnética , como ilustra a figura 2. Assim, podemos concluir que uma f.e.m induzida pode ser gerada em uma espira condutora, por exemplo, de três maneiras diferentes:a) O condutor move-se através de um campo magnético estacionário(somente a área A exposta ao campo varia no tempo). Este princípio se aplica nos geradores de correntecontínua, como mostram as figuras 3a e 3b. Neste caso, a fem induzida no circuito será:          (2) Figura 3: A figura ilustra uma espira retangular de área , variável à medida que variamos pelo deslocamento da barra (em azul). é a força de restauração que atua na barra.

Fonte: Serway, 2003.Como ilustra a figura 3a, para induzir uma corrente pelo circuito, aplicamos uma força ( ) sobre a barra móvel(em azul) que desliza sobre dois trilhos metálicos fixos separados pela distância . Um resistor R (considerado como a resistência equivalente do circuito) fecha o circuito para circular e limitar a corrente I induzida (indicada no sentido convencional).

Assim, a velocidade com que a barra se desloca na direção é dada por: .

A variação é ilustrada na figura 3b. Assim, a força eletromotrizinduzida é dada por:          (3) Onde é a área da espira, que varia com . Esta tensão contínua induzida (fixa no tempo) é ilustrada no circuito elétrico equivalente na figura 4.Figura 4: Circuito elétrico equivalente à figura 3, ou seja, a barra em movimento equivale a um gerador elétrico.
O sentido da corrente é invertido se a barra se mover na direção oposta, ou seja, se diminuirmos a distânciax.

Fonte: Serway, 2003.Uma vez que a resistência do circuito é R, a corrente que circula é dada por:          (4)Pela conservação da energia, a potência gerada (em Watts) é igual à potência dissipada no resistor R, dada por:Mas ainda permanece uma questão: por que é gerada uma corrente pela barra quando a movimentamos num campo magnético uniforme?Pode-se observar, pela figura 5, que os elétronsna barra estão sujeitos a uma força (de Lorentz) dada por:
          (7)dirigida ao longo da barra. Sob a influência desta força, os elétrons movem-se para a extremidade inferior do conductor (barra) onde se acumulam. Como efeito da separação de cargas, negativa e positiva, que se deslocam em sentido contrário, é gerado um campo elétrico no condutor. As cargas se acumulam nas extremidades docondutor até que exista um equilíbrio entre a força elétrica e a força magnética sobre os portadores de carga, negativa e positiva. Em módulo, temos:          (8)

Figura 5: O Deslocamento de elétrons em um condutor devido a sua movimentação sob a ação de um campo uniforme.

Fonte: Serway, 2003.Obviamente, com a existência deste campo elétrico, também coexiste uma diferença de potencial entreas extremidades do condutor enquanto este se mover através do campo magnético uniforme. Se a direção do movimento é invertida, a diferença de potencial também é invertida. Daí, o esquema elétrico equivalente, ilustrado na figura 4, ou seja, a barra equivale a um gerador. Fechando o circuito, como mostrado na figura 3, os elétrons (de carga q=-e) fluem pelos fios, ou pelos trilhos no sentido real...
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