Trabalho de uma força
É a quantidade de energia transferida de um corpo (ou sistema) para outro, ao fazer uma força F que causa um deslocamento d.
Como se trata da quantidade de energia, a unidade de medida é o joule (J).
É a quantidade de energia transferida de um corpo (ou sistema) para outro, ao fazer uma força F que causa um deslocamento d.
Como se trata da quantidade de energia, a unidade de medida é o joule (J).
Imagine uma força F (feita por alguém) que passa a atuar sobre um corpo, fazendo com que se desloque uma distância d. Entre as direções de F e d existe um ângulo θ.
O trabalho realizado por esta força é dado, por:
Caso a força F tenha a mesma direção e sentido do deslocamento d, θ=0⁰, e cos0⁰=1; teremos:
Vamos imaginar uma partícula eletrizada com carga elétrica q, na região entre duas placas condutoras planas, eletrizadas com cargas +Q e -Q. Já vimos que nessa região o campo elétrico E é uniforme. A força elétrica sobre a partícula em qualquer ponto é:
Vimos ainda (quando estudamos o campo elétrico) que a intensidade do campo elétrico E entre as placas é dada, por:
Onde ΔV é a diferença de potencial elétrico entre as placas (VA-VB).
O trabalho realizado pela força elétrica Fe para deslocar a partícula de A para B, ou seja, um deslocamento d, é:
Mas o produto E.d corresponde à diferença de potencial ΔV entre as placas:
Mas o produto E.d corresponde à diferença de potencial ΔV entre as placas:
Então o trabalho W da força elétrica Fe para deslocar a partícula entre os pontos onde o potencial é VA até VB, é:
Esse resultado é interessante porque pode ser generalizado. As partículas eletrizadas ganham ou perdem energia ao serem movidas de um ponto a outro, em que exista uma diferença de potencial elétrico ΔV entre eles (VA-VB ¹ 0).
Obs.: Muitas vezes tratamos a diferença de potencial elétrico ΔV entre 2 pontos por d.d.p, ou simplesmente, ddp. Então, não estranhe mais ao se deparar com esta forma.
Vimos que as partículas portadoras de carga elétrica só podem se mover através dos materiais condutores elétricos. Quando temos dois pontos, A e B, com potenciais elétricos diferentes, VA e VB, e os ligamos com um condutor elétrico, um fio metálico, por exemplo, os elétrons livres (negativos) desse condutor passam a se mover para onde o potencial elétrico é maior, enquanto os "buracos" (positivos) seguem para o potencial menor. Esse fluxo ordenado dos portadores de carga elétrica é chamado de corrente elétrica.
O fluxo ordenado de "buracos" positivos que segue do potencial maior para o menor é conhecido como corrente convencional, e representado pela letra i.
Se fizermos a corrente elétrica atravessar um motor elétrico, parte da energia das partículas portadoras de carga elétrica em movimento pode ser utilizada para realizar outros trabalhos (mover outros corpos ou partículas). É o que acontece quando ligamos um liquidificador, um ventilador, usamos um brinquedo elétrico, um cortador de grama, um barbeador elétrico, etc.
Os motores elétricos são, basicamente, eletroímãs em interação.
Quando um fio revestido com uma capa isolante (verniz, por exemplo) é enrolado na forma de um bobina (solenoide) e, ligado a uma bateria, a corrente elétrica i que circula através dele faz a bobina se comportar como um ímã. É que os fenômenos magnéticos também estão relacionados com o movimento das cargas elétricas. Vamos estudar isso adiante.
Se no interior do solenoide for colocado uma peça de metal ferromagnético (o ferro, aço, por exemplo), o campo magnético se torna ainda mais intenso, e teremos um eletroímã:
A figura abaixo mostra um exemplo de um motor elétrico muito simples. Nele, a corrente elétrica i que atravessa uma bobina de fio revestido com verniz (isolante) interage com o campo magnético de um imã, fazendo-a girar, enquanto a pilha tiver energia para realizar trabalho, ou seja, conseguir mover as cargas elétricas através do fio.
Certamente, para que os motores elétricos fossem utilizados de modo a que pudessem facilitar realmente as nossas vidas, eles não poderiam ser tão simples como aquele mostrado acima. Atualmente, os motores elétricos empregados para realizarem os mais diversos trabalhos são compostos basicamente de 3 partes:
1. Invólucro (ou carapaça) - projetado para envolver e proteger o motor, e controlar a dissipação do calor produzido durante o funcionamento;
2. Estator - é basicamente um anel de aço com fendas preenchidas com bobinas de fio (revestido com isolante), e que fica preso ao invólucro. A corrente elétrica ao passar por essas bobinas de fio produz um campo magnético oscilante.
Estator
Rotor
A figura abaixo, mostra toda a estrutura de um motor elétrico moderno:
Nos motores elétricos induzidos, o rotor não tem contato elétrico com a rede elétrica, as correntes são induzidas no seu núcleo, sendo dispensado o sistema de anel com escova.
Os motores elétricos são utilizados para realizarem diversos trabalhos, que facilitam muito as nossas vidas:
- Bomba d'água - a rotação do rotor faz com que pás especiais girem e provoquem uma diferença de pressão. Isso faz com que a água seja sugada, e ser elevada até a caixa d'água em cima de uma casa, ou de um prédio;
- Liquidificador - o rotor faz com que as lâminas girem para triturar alimentos;
- Barbeador elétrico - a rotação do rotor é transformada em um movimento de vai-e-vem, que faz as lâminas cortarem os pelos.
- Ventiladores - a rotação do rotor gira a hélice do ventilador, fazendo com que o ar entre em movimento (vento);
- Furadeiras e parafusadeiras - a rotação do rotor é transmitida a uma broca, ou ponteira, que furam uma parede, ou atarraxam/desatarraxam um parafuso;
- Cortador de grama - a rotação do rotor gira as lâminas (ou fio de nylon) do cortador, que aparam a grama;
- Carro elétrico - a rotação do rotor é transmitida às rodas do carro elétrico, dando-lhe movimento;
- Aspirador de pó - semelhante ao funcionamento da bomba d'água, pás especiais giram com o rotor, que aspiram o ar, junto com as partículas de poeira;
- Elevadores - A rotação do rotor enrola e desenrola os cabos de aço que sustentam o elevador, fazendo-o subir e descer.
Realmente, são muitos os trabalhos realizados utilizando os motores elétricos. Já imaginaram como tudo isso era feito antes que existissem?!
Antes dos motores elétricos, alguns desses trabalhos eram feitos por motores térmicos (ou máquinas térmicas), que usavam o escape do vapor d'água para realizar trabalho. Os motores térmicos foram muito utilizados entre o séculos 18 e 19. Normalmente era usado carvão para aquecer a água. A maria fumaça (locomotiva a vapor) é um símbolo perfeito para representar o período dominado pelas máquinas térmicas.
Antes dos máquinas térmicas, muitos trabalhos eram realizados usando-se os moinhos de vento e de água. Até hoje são utilizados em lugares mais remotos.
Quando nem mesmo os moinhos existiam, todo trabalho era braçal, ou realizado com a ajuda dos animais.
Vamos voltar para os motores elétricos?
Um motor elétrico converte energia elétrica (energia do movimento das partículas portadoras de carga elétrica) em energia mecânica.
A energia mecânica é aquela empregada para dar velocidade a um corpo (energia cinética), ou para suspendê-lo a uma certa altura (energia potencial gravitacional), ou ainda, a energia para deformar um corpo elástico (energia potencial elástica), como aquela empregada para esticar uma mola, ou comprimir uma balão cheio de ar.
Vamos estudar como converter diversas formas de energia em energia elétrica?
