Motores e geradores
Todos nós já passamos por isso – em um momento você está assistindo ao seu programa favorito na TV e no próximo você está no escuro porque faltou energia. Nesse momento, você pode desejar ter uma vela ou uma lanterna para poder enxergar em sua casa escura. Mas o que seria realmente útil é um gerador porque ele converte energia mecânica em energia elétrica. Se o gerador fosse potente o suficiente, você poderia usá-lo para restaurar a eletricidade de sua casa, pelo menos por um tempo.
Agora que você sabe como um gerador é prático, pode ficar tentado a correr para a loja e comprar um. Então, você entra no carro e dirige até lá, pega um e leva para casa. Depois de ter sua energia restaurada, você percebe que na escuridão você foi desajeitado e derrubou seu prato no chão. Então, você tira o aspirador e começa a limpá-lo. Neste ponto, você fez uma coisa incrível – essencialmente, inverteu o que o gerador fez! Dentro do vácuo está um motor elétrico , que converte energia elétrica em energia mecânica.
Embora o gerador e o vácuo (ou qualquer outro dispositivo movido por um motor) possam servir a funções diferentes, eles são, na verdade, os dois lados da mesma moeda. Na verdade, eles são o mesmo dispositivo! Em um motor elétrico, a entrada é eletricidade e a saída é potência mecânica. Ao contrário disso, um gerador pega energia mecânica e gera eletricidade. Em ambos os casos, a eletricidade está fluindo – apenas em uma direção diferente!
Eletromagnetismo
Tanto os motores quanto os geradores funcionam devido a algo chamado indução eletromagnética . Descoberto por Michael Faraday, é quando uma voltagem é induzida por um campo magnético variável. Com a indução eletromagnética, uma corrente elétrica pode ser produzida em uma bobina de fio movendo um ímã para dentro ou para fora dessa bobina, ou movendo a bobina através do campo magnético. De qualquer maneira, a voltagem é criada por meio do movimento.
A quantidade de tensão induzida depende do número de loops na bobina de fio, bem como da velocidade na qual o ímã é movido através da bobina. Um maior número de bobinas significa que uma maior quantidade de voltagem é induzida. Da mesma forma, quanto mais rápido o ímã é movido pela bobina, mais tensão você obtém.
O que isso tem a ver com motores e geradores? Bem, um gerador produz eletricidade girando uma bobina em um campo magnético estacionário, e em um motor, uma corrente é passada por uma bobina, que o força a girar. Em ambos os casos, a lei de indução eletromagnética de Faraday é empregada, permitindo que você produza eletricidade em sua casa e a use para aspirar o chão, lavar a louça na máquina de lavar louça, manter os alimentos frescos na geladeira e muito mais.
Lembra-se de como dissemos que um motor e um gerador são o mesmo dispositivo, mas produzindo resultados opostos? O que queremos dizer aqui é que o fluxo de eletricidade é revertido, não que a própria máquina opera ao contrário. Portanto, você não pode simplesmente pegar um gerador e transformá-lo em um motor ‘invertendo’ os componentes da máquina. Da mesma forma, com um motor elétrico você não pode simplesmente girar um botão que faz os componentes operarem ao contrário para produzir eletricidade. Em vez disso, o que você precisa mudar é a direção em que a eletricidade flui: para dentro para um motor e para fora para um gerador.
Alternada e corrente contínua
Já ouviu falar do AC / DC? Não estamos falando sobre a banda de rock australiana – esta é uma lição de física afinal! Quando nos referimos a CA e CC para motores e geradores, estamos falando de corrente alternada e corrente contínua. Como o nome indica, a corrente alternada alterna a direção conforme flui através de um circuito. Em contraste, a corrente contínua não muda de direção à medida que flui através de um circuito.
Os motores e geradores são geralmente CA ou CC. O tipo de corrente utilizada no dispositivo depende se você está mais preocupado com eficiência ou custo. Por exemplo, motores e geradores CA são mais eficientes, mas também custam mais. A maioria dos eletrônicos que você usa, como seu telefone celular e tablet, depende da alimentação CA devido à sua eficiência. A maioria dos carros híbridos e elétricos também usa corrente alternada.
Você provavelmente já ouviu falar de Thomas Edison e Nikola Tesla, mas você sabia que eles estavam envolvidos em uma batalha longa e acalorada sobre esses dois tipos de fluxo de corrente? Acredite ou não, algo tão simples como as correntes CA e CC causou controvérsia e conflitos generalizados por um longo tempo!
Enquanto Edison era um forte defensor do DC, Tesla apoiava o uso do AC. Ambos eram indivíduos obstinados e determinados, e o conflito entre os dois levou a apostas altas, campanhas de difamação e relações tensas entre os dois. Eventualmente, como o AC é melhor para enviar grandes quantidades de energia a longas distâncias, ele triunfou como o vencedor desta ‘batalha atual’. Hoje, sua casa, escritório e a maioria dos outros prédios são conectados para AC como resultado.
Resumo da lição
Embora você possa chamá-los do mesmo dispositivo, um gerador e um motor elétrico são, na verdade, mais como os dois lados da mesma moeda. Um gerador converte energia mecânica em energia elétrica, enquanto um motor faz o oposto – converte energia elétrica em energia mecânica. Ambos os dispositivos funcionam por causa da indução eletromagnética , que é quando uma voltagem é induzida por um campo magnético variável.
Os motores e geradores são geralmente CA ou CC , o que significa que funcionam com corrente alternada ou corrente contínua. Assim como seus nomes indicam, a corrente alternada alterna a direção conforme flui, enquanto a corrente contínua não muda de direção conforme se move através de um circuito.
A maioria dos dispositivos com os quais você está familiarizado utiliza CA porque é muito mais eficiente do que CC. Veículos híbridos e elétricos, sua casa, seu telefone celular e até mesmo seu escritório são conectados para AC. Mas mesmo que eles utilizem a mesma corrente, é importante lembrar que você não pode ‘transformar’ um motor em um gerador ou um gerador em um motor. O que é revertido é o fluxo de eletricidade, não a atividade da máquina em si.
Resultados de Aprendizagem
Depois de terminar esta lição, você deverá ser capaz de:
- Explique como geradores e motores elétricos são como os dois lados da mesma moeda
- Descreva como geradores e motores funcionam por causa da indução eletromagnética
- Diferencie entre AC e DC e os prós e contras de cada