Geradores Elétricos

    Percorrendo os fios condutores de nossa casa até seu outro extremo, chegamos à fonte da corrente elétrica, que faz funcionar nossos aparelhos, ou seja, a usina elétrica. No interior da usina, os geradores de energia elétrica são movidos por turbinas - dispositivos em forma de hélice, que pode ser acionada por vapor ou água.

    Entre as fontes elétricas artificiais conhecidas - como pilha, bateria e usina, esta última é a que pode gerar maior quantidade de energia elétrica. As usinas mais comuns são:

•     Hidrelétricas: onde a eletricidade é obtida através da passagem de água por turbinas situadas na base da represa; quanto maior a queda d'água, mais energia mecânica pode ser convertida em energia elétrica;
•     Termoelétricas: onde o calor obtido pela queima de carvão ou óleo aquece a água, produzindo vapor; o vapor faz girar a turbina, que aciona um gerador de eletricidade;
•     Nucleares: onde o calor produzido por reações nucleares aquece a água, produzindo vapor; este vapor faz girar as turbinas que acionam geradores de eletricidade;

    Mas afinal o que é um Gerador? Um Gerador Elétrico é um aparelho que transforma em energia elétrica qualquer outro tipo de energia.

Devido a esta transformação, observa-se entre os terminais dos geradores a presença de uma diferença de potencial (ddp). Portanto, se as extremidades de um fio condutor forem ligadas aos terminais de um gerador, se estabelece uma corrente elétrica no fio.

Existem diversas modalidades de energia que  podem ser transformadas em elétrica. Em função disto, para cada tipo de transformação, podem ser encontrados geradores capazes de efetuar estas mudanças.

Geradores Químicos

Mergulhando-se parcialmente duas placas de metais diferentes, convenientemente escolhidos, em um ácido ou uma base, ou ainda numa solução de sal e água, verifica-se o aparecimento de uma ddp entre as placas.

Como a ddp que surge se deve a reações químicas que ocorrem entre a solução e as placas, concluímos que: o dispositivo constituído por placas de metais diferentes, convenientemente escolhidos, mergulhadas parcialmente em soluções ácidas, básicas ou salinas, é um gerador, pois transforma energia química em elétrica. Este tipo de gerador é chamado de gerador eletroquímico.

O primeiro gerador eletroquímico foi inventado em 1800 por Alessandro Volta (1745-1827). Era constituído por uma placa de cobre (Cu) e outra de Zinco (Zn) parcialmente imersas em uma solução aqüosa de H2SO4 (ácido sulfúrico). A ddp que obtemos com esse gerador é da ordem de 1 V. Ela surge porque as placas metálicas se dissolvem no ácido, enviando íons de cobre e zinco para a solução.

A placa de cobre se dissolve mais que a de zinco, ficando assim com um potencial mais elevado. Por esse motivo o seu terminal é o pólo positivo e o do zinco é o pólo negativo.

Os geradores eletroquímicos são largamente utilizados na nossa vida cotidiana. Os principais tipos são os acumuladores e as pilhas. Podemos  associá-los, formando baterias. Portanto, a uma associação em série de geradores eletroquímicos (pilhas ou acumuladores) damos o nome de bateria.

    O gerador de um  automóvel é uma bateria que resulta de uma associação em série de 3 ou 6 acumuladores conforme ela seja de 6 V ou 12 V, respectivamente. Cada acumulador mantém uma ddp de 2 V entre seus terminais.

Esses acumuladores têm, geralmente, as suas placas de chumbo parcialmente imersas em solução aqüosa de H₂SO₄.

O gerador de uma lanterna é a pilha chamada de “pilha seca” que mantém entre seus terminais uma ddp de 1,5 V. Ela é constituída, geralmente, de um bastão central de carvão (terminal positivo) envolvido por um tubo de zinco (terminal negativo), existindo entre ambos uma solução pastosa que contém MnO2, grafite e NH4Cl.

Tanto o acumulador como a pilha seca são geradores eletroquímicos que estabelecem correntes contínuas entre seus terminais.

Geradores Térmicos

No século XVIII, Alessandro Volta, o inventor da pilha voltaica, verificou que se aquecermos a junção ou  a solda que une dois metais diferentes, constatamos o surgimento de uma ddp entre seus terminais.

Em 1822, um físico alemão, Thomas J. Seebek, aproveitando as observações de Volta a respeito do efeito da temperatura sobre o potencial de contato, construiu o par termoelétrico, que consiste de duas tiras de metais diferentes, unidas em uma das extremidades.

Assim podemos dizer que o dispositivo constituído por dois metais que têm uma de suas extremidades soldadas entre si é um gerador témico pois, quando a junção é aquecida, este dispositivo é capaz de transformar o calor recebido na junção em energia elétrica.

Podem-se juntar diversos pares termoelétricos, para produzir uma pilha termoelétrica, que é um detetor extremamente sensívelde raios térmicos.

Geradores Magnéticos

Os geradores elétricos são os mais comuns. Aproximadamente 99,9% da eletricidade consumida diariamente provem desses geradores. Faraday foi o primeiro a demonstrar que um condutor que se desloque em um campo magnético, ou vice-versa, será percorrido por uma corrente elétrica se estiver ligado a um circuito externo. Mais tarde, Fleming constatou uma relação simples, a “regra da mão direita”, que estipula que se o polegar, o indicador e o médio da mão direita forem colocados em ângulos retos, com o polegar indicando a direção do movimento e o indicador o campo magnético (N a S), então o dedo médio indica a direção do fluxo da corrente.

O movimento rotativo dos geradores magnéticos é muito fácil de ser obtido, trabalham segundo o princípio da rotação de uma bobina de fio em um campo magnético, ou de um campo magnético ao redor de uma bobina. Um simples gerador consiste em dois imãs adjacentes, de pólos opostos (ou o tipo ferradura) com uma bobina de fio, de livre rotação, colocada entre eles. As extremidades das bobinas são levadas a anéis coletores metálicos, chamados anéis de contato, e a corrente é recolhida desses anéis por tiras corrediças fixas chamadas escovas, constituídas de carbono. A bobina gira por meios mecânicos.

A corrente máxima é gerada quando os lados da bobina cortam os lados do campo magnético em ângulos retos, o que acontece somente duas vezes em cada revolução, quando o eixo da bobina estiver paralelo ao campo magnético. Quando o eixo da bobina estiver perpendicular ao campo magnético, as linhas de força não são cortadas e assim não há geração de corrente. Entre essas posições a corrente varia de zero ao máximo, e seu valor depende do ângulo em que a bobina corta o campo magnético.

À medida que a bobina gira, seus lados cortam o campo magnéticoalternadamente, em sentidos opostos. A corrente induzida muda de sentido a cada meia revolução, gerando assim uma corrente alternada (c.a.). A corrente aumenta de zero ao máximo em um sentido, cai a zero outra vez e depois inverte, seguindo um padrão idêntico em sentido oposto, o que se repete a cada revolução.

Geradores Eletrostáticos

Transformando a energia de um campo eletrostático que existe entre duas cargas opostas em eletricidade, teremos a eletricidade estática.

Quando os elétrons passam de um ponto de excesso a um ponto de deficiência, os átomos ficam positivos e procuram por cargas negativas (elétrons), provocando descargas.

A ciência tentou, em laboratório, produzir descargas em miniatura. Mesmo em escala reduzida, é necessário enorme tensão elétrica para fazer com que os elétrons saltem, digamos, através de 5 metros de ar, de uma esfera de carga negativa para uma de carga positiva. O cientista norte-americano, Robert Van der Graaff, projetou, em 1931, uma máquina que punha continuamente pequenas cargas elétricas dentro de um “ recipiente”  grande, aumentando, assim, a sua carga. Essa máquina ficou conhecida como gerador de Van der Graaff.

Ela consiste de uma de uma esfera metálica, grande e oca, colocada sobre um tubo comprido. A esfera é o “ recipiente” para a carga elétrica. O tubo sustenta a esfera metálica e é feito de algum material isolante, a fim de evitar que a carga acumulada na esfera se escoe para o solo.