Matéria: Eletrodinâmica (Física)
11- Três pilhas de 1,5 Volts podem ser associadas e fornecer ao circuito 1,5 Volts? Como?
12 - Três pilhas de 1,5 Volts podem ser associadas e fornecer ao circuito 4,5 Volts? Como?
Soluções para a tarefa
Resposta:
A associação de geradores elétricos diz respeito à forma como esses dispositivos são ligados à um circuito elétrico. De acordo com a necessidade, é possível associar os geradores em série ou em paralelo. Na associação de geradores em série, somam-se as forças eletromotrizes individuais de cada gerador, bem como as suas resistências elétricas internas, no caso em que esses geradores sejam reais.
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Conceito
A associação de geradores em série garante que possamos fornecer uma força eletromotriz maior do que somente um gerador seria capaz de ofertar a um circuito elétrico. Por exemplo: se um circuito opera sob a tensão elétrica de 4,5 V, e dispomos somente de pilhas de 1,5 V, é possível conectá-las em série para que apliquemos um potencial de 4,5 V sobre esse circuito.
Um exemplo simples e didático que envolve a associação de geradores em série é o experimento da bateria de limão. Nesse conectamos vários limões em série de modo que o potencial elétrico produzido pelos frutos seja suficientemente grande para ligar uma pequena lâmpada.
Quando associados em série, os limões podem ser usados para acender uma lâmpada.
Quando associados em série, os limões podem ser usados para acender uma lâmpada.
Na associação de geradores em série, todos os geradores são ligados no mesmo ramo do circuito, e, por esse motivo, todos serão atravessados pela mesma corrente elétrica. A força eletromotriz total oferecida ao circuito é determinada pela soma das forças eletromotrizes de cada um dos geradores.
Apesar de ser muito útil para diversas aplicações, a conexão de geradores reais em série implica um aumento da resistência elétrica do circuito, e, por isso, uma maior quantidade de energia será dissipada em forma de calor, por meio do efeito Joule.
Veja também: A velocidade da corrente elétrica
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Fórmulas importantes
De acordo com a equação característica dos geradores, a força eletromotriz (ε) representa toda a energia que um gerador pode produzir. Entretanto, parte dessa energia é dissipada (r.i) pela própria resistência interna dos geradores. Desse modo, a energia que é fornecida pelo circuito é dada pela tensão útil (U):
Uu — Tensão útil (V)
ε — força eletromotriz (V)
ri — resistência interna (Ω)
i — corrente elétrica (A)
Quando conectamos geradores em série, basta somarmos as suas forças eletromotrizes bem como os potenciais dissipados por suas resistências internas. Fazendo isso, encontramos a lei de Pouillet. De acordo com essa lei, a intensidade da corrente elétrica produzida por uma associação de n geradores pode ser calculada com base na seguinte expressão:
Σε — Soma das forças eletromotrizes (V)
Σri — soma das resistências internas dos geradores (Ω)
iT — corrente total do circuito (A)
Analisando a expressão anterior, podemos perceber que ela permite calcular a corrente elétrica que é formada no circuito. Para tanto, ela relaciona a soma das forças eletromotrizes dividida pela soma das resistências internas. Entretanto, a lei mostrada só é aplicada para a associação de geradores em série, caso haja resistores externos à associação de geradores. A corrente elétrica do circuito pode ser calculada por meio da fórmula a seguir:
Req — Resistência equivalente do circuito (Ω)
Req — Resistência equivalente do circuito (Ω)
Um exemplo dessa situação é mostrado na figura seguinte. Nela temos dois geradores (pilhas) conectados em série que se encontram conectados a duas resistências elétricas (lâmpadas), também ligadas em série.
Na figura temos dois geradores associados em série ligados a duas lâmpadas, também conectadas em série.
Na figura temos dois geradores associados em série ligados a duas lâmpadas, também conectadas em série.
Resumo
Na associação de geradores em série, todos os geradores são ligados no mesmo ramo (fio).
Nesse tipo de associação, todos os geradores são atravessados pela mesma corrente elétrica.
Quando conectados em série, a força eletromotriz da associação de geradores é dada pela soma das forças eletromotrizes individuais.
A resistência equivalente da associação de geradores em série é dada pela soma das resistências individuais.
Na associação em série, a força eletromotriz fornecida ao circuito aumenta. No entanto, a quantidade de energia dissipada pelo efeito Joule também cresce.
Confira a seguir alguns exercícios resolvidos sobre a associação de geradores em série e entenda mais sobre o assunto.