GERADOR ELÉTRICO

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GERADOR ELÉTRICO
Atividade do Curso de Introdução à Física 2014.B
ALLAN MICHELL MELO SOUZA
Departamento de Física, Universidade 
Federal de Sergipe
Vinte e três de Fevereiro de 2015
											
Resumo
O gerador elétrico é um aparelho que transforma qualquer tipo de energia em energia elétrica, porém dentre as muitas opções, este trabalho vem a tratar da conversão da energia mecânica em energia elétrica, utilizando dos princípios, da ideia, da indução eletromagnética.
Esse experimento tem uma base muito forte na Lei de Faraday, visto que o cientista que dá o nome à lei foi o descobridor da indução eletromagnética. Porém será comentado também sobre a Lei de Lenz que é um complemento para a conhecida Lei de Faraday-Neumann-Lenz.
O tema escolhido foi observado na CCTECA em alguns experimentos onde foi possível observar claramente a conversão de energia mecânica em energia elétrica, sendo esta, aplicada para ligar aparelhos de som, acender lâmpadas e também para a simples produção de energia despertando curiosidade sobre o assunto, o qual foi visto em sala de aula quando abordado o eletromagnetismo, um dos assuntos que fazem parte da ementa do Curso de Introdução à Física.
1.INTRODUÇÃO
“A Casa de Ciência e Tecnologia da Cidade de Aracaju (CCTECA), é na verdade um projeto piloto do Ministério da Ciência e Tecnologia implementado pela Prefeitura de Aracaju com consultoria da UFS.” [1]
Além do famoso planetário, a CCTECA Galileu Galilei conta com diversas atrações, sendo ao total 111 experimentos nas áreas de Física, Matemática e Biologia onde há um acompanhamento dos monitores e explicação de cada experimento.
Como já foi comentado anteriormente, o gerador elétrico é um dispositivo utilizado com fim de converter qualquer tipo de energia em energia elétrica, mas este trabalho utilizará apenas da energia mecânica e dos princípios do eletromagnetismo para a obtenção da energia elétrica.
Existem vários tipos de geradores, síncronos, assíncronos, geradores de células à combustível, eletrostáticos, fotovoltaicos, etc. O gerador que será exemplo do trabalho é o de corrente contínua, mais precisamente o dínamo. O dínamo que foi a primeira demonstração de gerador por Michael Faraday, embora a história nos aponte duas personalidades que, à luz de Faraday, fabricaram os ditos primeiros geradores elétricos, são eles, Hippolyte Pixii que (em 1832) construiu a forma primitiva de um gerador de corrente alternada conhecido como “A Máquina de Pixii” e Werner von Siemens sendo considerado (em 1866) o inventor do gerador elétrico e do dínamo de corrente alternada.
Essa descoberta e consequente invenção, foi uma revolução para o mundo, se isso não tivesse acontecido, com certeza não teríamos avançado tanto quanto o mundo avançou até o dado momento, visto que as aplicações do gerador elétrico são inúmeras. Primeiramente a geração a partir das Hidrelétricas para que as concessionárias nos forneçam energia elétrica. Outra aplicação clara da eletricidade é no entretenimento, sejam shoppings, teatros, estádios, entre outros lugares que necessitam de energia diariamente. Por último, uma aplicação fundamental que se dá na falta da energia, onde os geradores acionam e atuam como um mecanismo de ajuda, em casos de vital importância, necessitando uma rápida recuperação de energia, sejam hospitais, bancos de sangue, bolsa de valores, etc.
2.DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO
	Para compreender o gerador elétrico de corrente contínua é necessário ter um conhecimento prévio sobre um dispositivo chamado dínamo.
O dínamo é constituído de basicamente duas partes, na sua parte mais externa ele possui um ímã, e na sua parte mais interna ele é constituído por um conjunto de pequenas bobinas (Figura 2.1) que está ligado a um eixo móvel que pode ser utilizado como uma polia.
Para facilitar a transmissão de energia, o mais indicado é ter duas polias, uma maior e uma menor, sendo esta última, o próprio eixo do dínamo (Figura 2.2), que, ao girar em torno do campo magnético uniforme do ímã, a energia mecânica é transformada em energia elétrica, de forma que a lei de conservação de energia não seja violada, ou seja, a energia primaria é transformada em uma diferença de potencial (d.d.p.) induzida, que por lógica, se temos tensão num ponto, com certeza temos uma corrente, a corrente é nesse caso, uma corrente contínua, que por sua vez, alimenta os condutores e acende um diodo emissor de luz (LED).
	
 Figura 2.1 – Bobinas
	
	
				Figura 2.2 - Polias	
3. ASPECTOS DA FÍSICA
A Lei da indução eletromagnética, ou Lei de Faraday1, ocorre quando temos um circuito em movimento sob o efeito de um campo magnético constante ou também o inverso, quer dizer, quando possuímos um circuito fixo sob o efeito de um campo magnético variável.
Tal Lei é enunciada da seguinte forma: “A variação do fluxo do campo magnético, ou seja, a proporção de linhas do fluxo que atravessa o condutor em um intervalo de tempo “cria” uma diferença de potencial induzida tal a gerar uma corrente elétrica.” Essa lei foi verbalizada por Faraday, porém a expressão matemática foi escrita por Franz Ernest Neumann como sendo:
Onde “∆Φ” é o fluxo do campo magnético dado em weber (wb)2, “∆t” é o intervalo de tempo dado em segundos (s) e “ε” é a tensão induzida dada em Volts (V).
É relevante ressaltar que para se obter uma variação do fluxo de campo magnético Φ (phi) através de um condutor, além de modificarmos o módulo “|B|” com a movimentação das bobinas ou espiras, podemos obte-la alterando a área “A” do condutor ou até mesmo o ângulo do mesmo (cos θ).
Sendo assim o fluxo é dado por: Φ = |B|. A . cos θ
Contudo, dessa forma a Lei está incompleta, pois essa corrente induzida, que por sua vez também gera um campo magnético,tem sentido contrário ao campo que a originou, ou seja, a Lei de Lenz3 diz que, se houver um aumento no fluxo do campo magnético, a corrente induzida irá gerar um campo magnético de sentido contrário ao campo primário. Analogamente, se houver uma diminuição no fluxo do campo, a corrente induzida gerará um campo magnético com o mesmo sentido do primeiro campo, esse conjunto de Leis é comumente conhecido com a Lei de Faraday-Neumann-Lenz.
1. Nome do Físico e Químico inglês Michael Faraday descobridor da indução eletromagnética que originou tal Lei.
2. Weber é a unidade do Sistema Internacional para o fluxo do campo magnético que leva o nome do físico Alemão Wilhelm Eduard Weber.
3. Nome do físico Heinrich Friedrich Lenz famoso por ter formulado tal Lei.
4. APLICAÇÕES	
A energia é algo imprescindível a tal ponto que não podemos sequer pensar na hipótese de ficar sem ela pois dela tudo depende hoje, é indispensável para diversos setores, sua falta causa problemas sérios como na bolsa de valores, em hospitais, grandes eventos, telecomunicações, etc. Os geradores têm como função “produzir” energia a partir de diversas fontes, no caso do Brasil, principalmente a Hidrelétrica, e também, fornece-la através das diversas concessionárias para o abastecimento residencial e comercial/empresarial ou fornecer de forma direta com os ditos geradores de emergência.
 
 Figura 4.1 – Gerador de uma Hidrelétrica
Como dito anteriormente, hospitais, bancos de sangue, centros de emergência, necessitam de um fornecimento de energia que garanta a continuidade elétrica de forma ininterrupta diante das falhas que podem ocorrer na rede elétrica, nesse ponto é onde se encaixam os geradores elétricos, garantindo o funcionamento de setores críticos.
	Geradores tem suma importância também em grandes eventos que atraem uma boa quantidade de público, seja a nível nacional ou internacional, por exemplo uma palestra, um show ou um evento olímpico, esses tipos de eventos requerem uma energia segura e contínua. A atuação desse equipamento também se dá nos setores comerciais, pois a interrupção de energia no comérciocausa uma queda na rentabilidade gerando perdas para as empresas e uma movimentação menor na economia.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
	
Tendo como objetivo explicar a teoria que envolve o funcionamento do gerador elétrico, foi explanado o princípio do eletromagnetismo, assim entendendo a obtenção de uma diferença de potencial a partir da indução. Com uma base matemática, também foi possível compreender as fórmulas, assim, facilitando um pouco mais o conceito da Lei da Indução Eletromagnética, sendo no contexto geral, o ponto mais importante para o entendimento de como funciona o gerador elétrico.
6. REFERÊNCIAS
[1] Site da Internet: http://cctecaplanetario.blogspot.com.br/
[2] SEARS, Francis Weston; ZEMANSKY, Mark Waldo; YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A. Física III: eletromagnetismo. 10. ed. São Paulo, SP: Pearson Addison Wesley, 2004, vol. 3, pp. 197-221.
[3] Site da Internet: http://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador_el%C3%A9trico
[4] RAFAEL IRIGOYEN. Indução Eletromagnética – Lei de Faraday. 
Disponível em: < https://www.youtube.com/watch?v=yuRWx62DV54 >
[5] Site da Internet: http://www.ghtc.usp.br/Biografias/Faraday/faradfirst.htm
[6] SERWAY, Raymond A; JEWETT JR., John W. Princípios de Física, volume 3, Cengage Learning, São Paulo, 2009, pp. 862-877.
[7] Site da Internet: http://www.dee.ufrj.br/Museu/maquina_pixii.html
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