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Índice
Introdução
Um receptor elétrico é um tipo de aparelho que transforma a energia elétrica em qualquer outro tipo de energia que não seja apenas calor.
Como exemplo de receptor elétrico temos o liquidificador utilizado na cozinha, em que ele é alimentado com energia elétrica, e a transforma em energia mecânica, fazendo com que suas lâminas girem e triturem o alimento.
Outro exemplo é a britadeira, muito utilizada em construções, e que também é alimentada com energia elétrica e a transforma em energia mecânica.
Temos muitos outros exemplos, como ventiladores, aparelhos de som, geladeiras, etc.
Principais conclusões
- Um receptor elétrico transforma energia elétrica em outro tipo de energia que não seja apenas calor; exemplos comuns são liquidificadores e britadeiras, e também ventiladores, aparelhos de som e geladeiras que convertem eletricidade em energia mecânica ou sonora.
- O receptor funciona quando corrente elétrica passa por ele; a d.d.p. do gerador se divide entre a força contraeletromotriz usada pelo aparelho e a queda na resistência interna, obedecendo U = ε" + r·i, com elétrons realizando trabalho no dispositivo.
- A força contraeletromotriz (ε") é a fem oposta à corrente e define-se como o trabalho realizado pelo receptor por unidade de carga (ε" = τ/Δq); a curva característica do receptor é linear, com ε" como intercepto e r como coeficiente angular.
- Em questões do ENEM costuma-se confundir potência total e útil; calcule P_T = i·U, P_U = i·ε" e P_D = r·i², e use rendimento η = P_U/P_T ou η = U/ε"; identifique corretamente coeficiente linear (ε") e angular (r) na curva.
- As fórmulas de potência e rendimento permitem avaliar eficiência de aparelhos, quantificar perdas por aquecimento, som e vibração e orientar escolhas práticas e o dimensionamento de circuitos para melhorar desempenho e uso energético.
Força contraeletromotriz (f.c.e.m.)
A força contraeletromotriz, também conhecida como força eletromotriz inversa, é uma força eletromotriz oposta a corrente elétrica.
A força contraeletromotriz é dada pela razão entre o trabalho realizado pelo receptor elétrico e a quantidade de carga elétrica consumida pelo mesmo. Ela é representada pela letra grega épsilon com um apóstrofo ( \({\epsilon}'\)), e é dada pela seguinte fórmula:
\[{\epsilon}'=\frac{\tau }{\Delta q}\]
Sendo:
- \({\epsilon}'\) a força contraeletromotriz;
- \({\tau\) é o trabalho;
- \(\Delta q\) é a quantidade de carga;
Equação dos receptores
Um receptor só funciona devido ao trabalho que os elétrons fazem, fornecendo energia para o aparelho, assim, para funcionar, temos que ter corrente elétrica passando pelo receptor.
A diferença de potencial (d.d.p.) que um gerador faz é que vai estar disponível para o funcionamento de um receptor. Todo receptor possui uma resistência interna, fazendo com que a d.d.p. que o receptor elétrico utiliza seja menor que a d.d.p total do sistema.
Essa d.d.p. utilizada pelo aparelho é a que chamamos de força contraeletromotriz.
Sabendo que a d.d.p. total vai ser a soma da força contraeletromotriz com a perda de d.d.p. pela resistência podemos escrever a seguinte equação:
\[U={\epsilon}'+r \cdot i\]
Sendo:
- U a d.d.p. do gerador;
- \({\epsilon}'\) a força contraeletromotriz;
- r é o valor da resistência interna do receptor elétrico;
- i é a intensidade da corrente passando pela resistência do receptor elétrico;
Curva característica de um receptor elétrico
Figura de uma curva característica de um receptor elétrico
A equação de um receptor é dada por uma função de primeiro grau, ou seja, linear, e podemos ver isso na imagem acima. O eixo das abscissas é dado pela d.d.p. total e o eixo das ordenadas é dada pela corrente elétrica que passa pelo receptor.
O coeficiente linear (onde a função intercepta o eixo y) terá o valor da força contraeletromotriz, e o coeficiente angular (ângulo que a função faz em relação ao eixo x) terá o valor da resistência interna do receptor.
Potência em um receptor elétrico
Potência total
É a potência fornecida para um receptor através de uma força eletromotriz produzida por um gerador, e vai ser dada pela seguinte fórmula:
\[P_{T}=i\cdot U\]
Sendo:
- \(P_{T}\) a potência fornecida por um gerador;
- i a corrente elétrica;
- U a d.d.p. do gerador;
Potência útil
Um receptor elétrico perde uma parte da potência fornecida devido a aquecimentos (perda por calor), vibração, energia sonora, etc. A potência útil é a potência que realmente é utilizada para o receptor funcionar, e é dada pela seguinte fórmula:
\[P_{U}=i\cdot {\epsilon }'\]
Sendo:
- \(P_{U}\) a potência utilizada;
- i a corrente elétrica;
- \({\epsilon}'\) a força contraeletromotriz;
Potência dissipada
A potência dissipada é a potência perdida pelo receptor na forma de energia térmica, energia sonora, vibração, etc. Ela é dada pela seguinte fórmula:
\[P_{D}=r \cdot i^{2}\]
Sendo:
- \(P_{D}\) é a potência dissipada;
- r é a resistência interna do receptor;
- i é a corrente elétrica;
Rendimento de um receptor elétrico
Para calcular o rendimento de um receptor, fazemos a razão entre a potência útil e a potência total, como mostra a fórmula abaixo:
\[\eta = \frac{P_{U}}{P_{T}}\]
Sendo:
- \(\eta\) é o rendimento do receptor;
- \(P_{U}\) é a potência útil;
- \(P_{D}\) é a potência dissipada;
Também podemos escrever a fórmula do rendimento da seguinte forma:
\[\eta = \frac{U}{{\epsilon }'}\]
Sendo:
- \(\eta\) é o rendimento útil;
- U é a d.d.p. total;
- \({\epsilon}'\) é a força contraeletromotriz;
Fórmulas
Exercício de fixação
Exercícios sobre Receptores Elétricos para vestibular
UECE/2015
Um motor elétrico disponibiliza 400W de potência e consome 0,8 kWh de energia durante uma determinada realização de trabalho. A eficiência do motor nesse processo é
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