O que são receptores elétricos e qual sua função

Para que você consiga ler esta aula em seu computador ou smartphone, a energia elétrica que chega até sua casa precisou ser convertida em energia luminosa. Os dispositivos responsáveis por essa conversão da energia elétrica em outro tipo de energia, além do calor, são chamados de receptores elétricos.

Outros exemplos de receptores elétricos são os aparelhos que convertem energia elétrica em energia mecânica, como os liquidificadores, furadeiras e britadeiras, por exemplo.

Na aula de hoje você irá aprender tudo sobre os receptores elétricos, suas características, funções e verá exemplos como calcular sua potência e resistência.

Força contraeletromotriz (fcem)

Ao passar através de um receptor, as cargas elétricas perdem energia elétrica que é transformada em outro tipo de energia. Dizemos que nesse processo elas realizam trabalho.

Você pode observar que, diferente dos geradores, que fornecem energia (trabalho) para as cargas elétricas, nos receptores são as cargas que fornecem energia (trabalho) ao dispositivo.

Esse comportamento inverso entre os geradores e os receptores levou à definição da grandeza força contraeletromotriz (fcem) ε’. Ela é análoga à força eletromotriz dos geradores, pois representa a quantidade de energia elétrica transformada por unidade de carga que passa pelo receptor. Ela pode ser representada da seguinte forma:

Essa grandeza também tem a unidade de volt e pode ser pensada como a tensão elétrica consumida pelo dispositivo elétrico para a realização da sua função.

Vale ressaltar que, para funcionarem, os receptores precisam estar conectados a um circuito no qual exista pelo menos um gerador.

Além disso, precisamos lembrar que há geradores ditos reversíveis, ou seja, podem fazer o papel de geradores ou de receptores. A bateria do celular, por exemplo, é um gerador reversível. Quando ela está carregando faz o papel de receptor. Em contrapartida, ao usar o telefone, a mesma bateria faz o papel de gerador. Portanto, quando se trata de pilha ou bateria, não necessariamente estamos falando de geradores.

Característica dos receptores elétricos

Assim como nos geradores, no receptor também existe uma resistência interna, que é chamada de r’. Ao atravessá-la, a corrente elétrica dissipa calor. Em relação à força eletromotriz dos geradores, a força contraeletromotriz ε’ dos receptores tem, em geral, sinal contrário.

Na figura a seguir, podemos observar o esquema de um receptor.

Representação de um receptor elétrico.

O símbolo que representa um receptor é o mesmo do gerador. Mas, nesse caso, o sentido da corrente elétrica i é do polo positivo (maior potencial) para o polo negativo (menor potencial).

Equação geral dos receptores

Entre os terminais de um receptor há uma queda de tensão, principalmente em consequência da perda de energia elétrica dos portadores de carga ao realizarem trabalho. Assim, a tensão U será a soma das duas quedas de tensão no receptor.

– U = – ε’ – r’ . i

U = ε’ + r’ . i

Essa equação recebe o nome de equação geral dos receptores.

Curva característica de um receptor

Se considerarmos constantes os valores da força contraeletromotriz e da resistência interna para um receptor, a expressão U = ε’ + r’ . i também é uma função de 1º grau em relação à corrente i. Portanto, o gráfico U x i tem a representação conforme a figura em seguida.

Gráfico que representa a curva característica de um receptor

O ponto de intersecção da reta com o eixo das ordenadas (U) corresponde ao valor de ε’. Pelo gráfico, é possível observar que, quanto maior a corrente elétrica, maior será a tensão na resistência interna. E, consequentemente, maior a diferença de potencial nos terminais do receptor.

Potência e rendimento dos receptores elétricos

O conceito de potência está ligado ao cálculo de energia concedida ou consumida por unidade de tempo, ou seja, a taxa de variação da energia em função do tempo.

Assim, para um receptor, trata-se da conversão de energia elétrica em outra forma de energia em um determinado tempo.

Representação das potências total, dissipada e útil dentro de um circuito com um receptor elétrico

A potência total P_t é fornecida pelo circuito para o receptor. Enquanto isso, a potência dissipada P_d é a potência dissipada pela resistência interna. Por fim, a potência útil P_u é a potência de fato aproveitada pelo receptor.

Assim, a potência útil P_u é igual à diferença entre a potência total P_t e a potência dissipada P_d. Portanto:

P_u = P_t – P_d

Vamos considerar que o receptor forneça uma corrente elétrica i para o circuito. Podemos conceituar que as potências descritas acima são dadas por:

• Potência útil: P_u = U . i
• Potência total: P_t = i . ε’
• Potência dissipada: P_d = r’ . i²

Agora que você já sabe as principais características dos receptores elétricos, veja este exercício resolvido sobre potência em um receptor.

Exercício resolvido sobre potência de um receptor elétrico

Um motor elétrico recebe 400 W de potência de um circuito. Ele está submetido a uma ddp de 50 V e, devido à resistência interna, dissipa 160 W. Calcule a resistência interna (r’) e a força contraeletromotriz (f.c.e.m.).

Resolução:

Quanto à potência fornecida ao motor, tem-se o seguinte:

P = 400 W (potência total)

U = 50 V

P = U . i → 400 = 50 . i → i =8A

A potência dissipada vale P_dis = 160W.

A potência dissipada é dada por:

P = r. i²

160 = r . 8²

160 = r . 64

r = 2,5 Ω

Calculando a potência útil:

P_útil = P_total – P_dis

P_útil = 400 – 160

P_útil = 240 W

Usando a fórmula da potência útil:

P_útil = ε’ . i

240 = ε’ . 8

ε’ = 30V

Rendimento em receptores elétricos

O conceito de rendimento para a física está associado ao quanto da energia fornecida inicialmente a um sistema foi transformada em algo útil. Ou seja, em trabalho realizado.

O rendimento η de um receptor é expresso pela razão entre a potência útil empregada para a realização do trabalho e a potência total (recebida ou consumida), ou seja:

Ou ainda, podemos escrever:

Em seguida, vamos ver um outro exemplo de exercício, dessa vez sobre rendimento em receptores.

Exercício resolvido sobre rendimento em receptores

Considere um receptor elétrico, de f.c.e.m. 40 V e resistência interna 4Ω, atravessado por uma corrente elétrica de 20 A. Nessas condições, determine:

a) a diferença de potencial em seus terminais.

b) o rendimento do receptor.

Resolução:

a) Sabe-se que a equação do receptor é dada por:

U = ε’ + r’ . i

U = 40 + 4 . 20

U = 40 + 80 = 120 V

b) O rendimento do receptor calcula-se da seguinte maneira:

Videoaula

Para finalizar seus estudos sobre receptores elétricos, assista à videoaula e, em seguida, resolva os exercícios:

Exercícios

1- (UPE)

Um motor elétrico sob tensão 220 V é alimentado por uma corrente elétrica de 10 A. A potência elétrica útil do motor é de 2000 W. Assinale a alternativa que corresponde à força contraeletromotriz, em volts, à resistência interna do motor, em ohms, e ao rendimento elétrico do motor, respectivamente.

a) 200; 2; 0,80

b) 200; 2; 0,91

c) 400; 4; 1

d) 400; 4; 0,80

e) 400; 4; 1,5

2- Qual será a força contraeletromotriz de um receptor elétrico que possui resistência interna de 2 Ω, quando submetido a uma ddp de 200 V e percorrido por uma corrente elétrica de 20 A?

a) 160

b) 150

c) 140

d) 120

e) 100

3- A respeito dos receptores elétricos, marque a alternativa incorreta:

a) Os receptores são equipamentos que transformam energia elétrica em outra modalidade de energia que não seja exclusivamente energia térmica.

b) A potência dissipada por um receptor é fruto do produto da resistência interna pelo quadrado da corrente elétrica que flui pelo sistema.

c) A potência útil de um receptor é dada pelo produto da força contraeletromotriz pela corrente elétrica.

d) A curva característica de um receptor é decrescente.

e) A curva característica de um receptor é oposta à curva característica de um gerador.

Gabarito: 

1. B
2. A
3. D

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