Receptores elétricos

Os receptores elétricos são equipamentos elétricos que recebem a energia elétrica e a transformam em outras modalidades de energia não elétrica, como a energia térmica, gerando calor, ou energia mecânica, produzindo movimento. 

Leia também: Capacitores elétricos — dispositivos elétricos usados para o armazenamento de cargas elétricas

Resumo sobre os receptores elétricos

• Os receptores elétricos são aparelhos elétricos que transformam a energia elétrica em outras formas de energia.
• A equação dos receptores elétricos informa que a diferença de potencial elétrico é igual ao produto da resistência elétrica interna com a corrente elétrica, somado com a força contraeletromotriz.
• Outras fórmulas importantes são as relacionadas à potência do resistor elétrico e as relacionadas ao rendimento do resistor elétrico.
• O gráfico dos receptores elétricos é capaz de nos informar os valores da sua resistência elétrica interna e da sua força contraeletromotriz.
• Os repectores elétricos não podem ser confundidos com os resistores elétricos ou com os geradores elétricos.
• Os resistores elétricos são aparelhos que transformam a energia elétrica em energia térmica.
• Os geradores elétricos são aparelhos que transformam outras formas de energia em energia elétrica.

O que são receptores elétricos?

Os receptores elétricos são dispositivos elétricos que transformam a energia elétrica em outras formas de energia. Eles têm uma força contraeletromotriz (diferença de potencial elétrico empregado para o seu funcionamento) e uma corrente elétrica que flui do polo positivo (maior potencial) em direção ao polo negativo (menor potencial), indicando a perda de energia sofrida pela corrente elétrica. Em razão disso, nos circuitos elétricos, os receptores elétricos são representados por uma barra maior positiva e uma barra menor negativa, como demonstrado na imagem abaixo:

Alguns exemplos de receptores elétricos incluem os computadores, ventiladores, mixers, batedeiras, processadores, furadeiras, ventiladores, climatizadores, motores elétricos e muito mais.

Função dos receptores elétricos

A função dos receptores elétricos é transformar a energia elétrica que chega até eles (por meio de pilhas, baterias ou tomada) em qualquer outra forma de energia que não só a energia térmica (calor), como em energia mecânica, gerando movimento para o eletrodoméstico.

Equações dos receptores elétricos

\(U=\varepsilon\prime+\varepsilon_d\)

• U  → diferença de potencial elétrico fornecida pelo gerador elétrico para o receptor elétrico, medida em Volt [V ].
• ε' → força contraeletromotriz, medida em Volt [V ].
• εd  → diferença de potencial elétrico dissipada no interior do receptor elétrico, medida em Volt [V ].

Também pode ser escrita como:

\(U=\varepsilon\prime+r\prime\cdot i\)

• U  → diferença de potencial elétrico fornecida pelo gerador elétrico para o receptor elétrico, medida em Volt [V ].
• ε' → força contraeletromotriz, medida em Volt [V ].
• r  → resistência elétrica interna do receptor elétrico, medida em Ohm [Ω ].
• i  → corrente elétrica que atravessa a resistência do receptor elétrico, medida em Ampère [A ].

→ Potência de um receptor elétrico

\(P_T=P_U+P_D=U\cdot i\)

• P_T  → potência elétrica total, medida em Watt [W ].
• P_U  → potência elétrica útil, medida em Watt [W ].
• P_D  → potência elétrica dissipada, medida em Watt [W ].
• U  → tensão elétrica do receptor elétrico, medida em Volt [V ].
• i → corrente elétrica, medida em Ampère [A ].

\(P_U=i\cdot\varepsilon\prime\)

• P_U  → potência elétrica útil, medida em Watt [W ].
• i  → corrente elétrica, medida em Ampère [A ].
• ε' → força contraeletromotriz, medida em Volt [V ].

\(P_D=r\prime\cdot i^2\)

• P_D  → potência elétrica dissipada, medida em Watt [W ].
• r  → resistência elétrica interna do receptor elétrico, medida em Ohm [Ω ].
• i  → corrente elétrica, medida em Ampère [A ].

→ Rendimento de um receptor elétrico

\(\eta=\frac{P_U}{P_T}\)

• η  → rendimento do receptor elétrico.
• P_U  → potência elétrica útil, medida em Watt [W ].
• P_T  → potência elétrica total, medida em Watt [W ].

\(\eta=\frac{\varepsilon\prime}{U}\)

• η  → rendimento do receptor elétrico.
• ε' → força contraeletromotriz, medida em Volt [V ].
• U → diferença de potencial elétrico total, medida em Volt [V ].

Gráfico dos receptores elétricos

O gráfico dos receptores elétricos é dado pela relação entre a diferença de potencial elétrico total (ddp) e a corrente elétrica que percorre o receptor elétrico, o que nos fornece uma reta crescente, como na imagem abaixo:

Com base no coeficiente angular da reta (ângulo que a reta faz com o eixo x) do gráfico, é possível obter o valor da resistência elétrica interna dos receptores elétricos. E com base no coeficiente linear da reta (dada pela função que corta o eixo y) do gráfico, é possível obter o valor da força contraeletromotriz.

Diferenças entre receptores elétricos e resistores elétricos

Os receptores elétricos e resistores elétricos são dispositivos capazes de converter uma forma de energia em outra forma de energia, porém com algumas diferenças.

• Receptores elétricos: convertem a energia elétrica em energia mecânica.
• Resistores elétricos: convertem a energia elétrica em energia térmica (calor) por meio do efeito Joule.

Para saber mais detalhes sobre os resistores elétricos, clique aqui.

Receptores elétricos x geradores elétricos

Os receptores elétricos e geradores elétricos são dispositivos capazes de converter uma forma de energia em outra forma de energia, porém com algumas diferenças:

• Receptores elétricos: convertem a energia elétrica em energia mecânica.
• Geradores elétricos: convertem qualquer forma de energia em energia elétrica.

Para saber mais detalhes sobre os geradores elétricos, clique aqui.

Exercícios resolvidos sobre receptores elétricos

Questão 1

(Mackenzie) A diferença de potencial nos terminais de um receptor varia com a corrente conforme o gráfico abaixo.

A força contraeletromotriz e a resistência interna desse receptor são, respectivamente:

A) 25 Ve 50 Ω

B) 22 V e 2 Ω

C) 20 V e 1 Ω

D) 12,5 V e 2,5 Ω

E) 11 V e 1 Ω

Resolução:

Alternativa C

Para calcularmos a força contraeletromotriz e a resistência interna desse receptor, precisamos criar um sistema de equações utilizando a equação dos receptores elétricos:

\( \begin{cases} 22=ε'+r'\cdot2\\ 25=\varepsilon\prime+r\prime\cdot5\end{cases}\)

Isolando a resistência elétrica interna na primeira equação, temos:

\(r^\prime=\frac{22-\varepsilon\prime}{2}\)

Depois, substituindo essa expressão na segunda equação, temos:

\(25=\varepsilon\prime+\left(\frac{22-\varepsilon\prime}{2}\right)\cdot5\)

\(25=\varepsilon\prime+\frac{110-5\varepsilon\prime}{2}\)

Multiplicando tudo por 2:

\(50=2\varepsilon\prime+110-5\varepsilon\prime\)

\(50-110=2\varepsilon\prime-5\varepsilon\prime\)

\(-60=-3\varepsilon\prime\)

\(60=3\varepsilon\prime\)

\(\varepsilon^\prime=\frac{60}{3}\)

\(\varepsilon^\prime=20\ V\)

Substituindo na equação em que isolamos a resistência elétrica interna:

\(r^\prime=\frac{22-\varepsilon\prime}{2}\)

\(r^\prime=\frac{22-20}{2}\)

\(r^\prime=\frac{2}{2}\)

\(r^\prime=1\ \Omega\)

Questão 2

(UEPB) Em 1820, o cientista dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-1851) não imaginava que, com uma singela experiência, descobriria um princípio físico fundamental para o funcionamento do motor elétrico, que possibilitou o surgimento e o desenvolvimento de um grande número de aparelhos elétricos, tais como: bateria, ventilador, furadeira, liquidificador, aspirador de pó, enceradeira, espremedor de frutas, lixadeira, além de inúmeros brinquedos movidos a pilha e/ou tomada, como robôs, carrinhos etc., utilizados em todo o mundo.

Acerca do assunto tratado no texto acima, resolva a seguinte situação-problema:

Um motor elétrico tem resistência interna de 2,0W e está ligado a uma ddp de 100 V. Verifica-se que ele é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade igual a 5,0 A. A força contraeletromotriz do motor e a potência total recebida pelo motor, respectivamente, são:

A) 80 V; 350 W.

B) 90 V; 450 W.

C) 90 V; 500 W.

D) 70 V; 300 W.

E) 100 V; 400 W.

Resolução:

Alternativa C

Primeriamente calcularemos a força contraeletromotriz por meio da equação dos receptores elétricos:

\(U=\varepsilon\prime+r\prime\cdot i\)

\(100=\varepsilon\prime+2\cdot5\)

\(100=\varepsilon\prime+10\)

\(\varepsilon^\prime=100-10\)

\(\varepsilon^\prime=90\ V\)

Por fim, calcularemos a potência total recebida pelo motor por meio da fórmula da potência total de um receptor elétrico:

\(P_T=U\cdot i\)

\(P_T=100\cdot5\)

\(P_T=500\ W\)

Quiz

Entre as opções, qual corresponde a uma função dos receptores elétricos?

A) Transformar energia elétrica em energia mecânica.

B) Transformar energia mecânica em energia elétrica.

C) Transformar energia elétrica em energia térmica.

Alternativa correta: Letra A

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Eletromagnetismo (vol. 3). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Eletromagnetismo (vol. 3). Editora Blucher, 2015.