Aula 135 — Geradores Elétricos (Força eletromotriz e resistência interna)
50 minObjetivo geral
Compreender o funcionamento de um gerador elétrico real, com sua força eletromotriz e resistência interna.
Objetivos específicos
- Definir força eletromotriz (fem) de um gerador.
- Reconhecer a existência de resistência interna num gerador real.
- Aplicar a equação do gerador: U=ε−r·i.
- Calcular a DDP nos terminais de um gerador real, dada a fem, a resistência interna e a corrente fornecida.
Conhecimentos prévios
- Diferença de potencial elétrico, DDP (Módulo 8, Aula 121).
- 1ª Lei de Ohm, U=R·i (Aula 129).
Recursos didáticos
- Apresentação de slides — Possor_Aula135_Apresentacao.pptx.
- Uma pilha comum (1,5V), para referência de fem na prática.
- Calculadora simples.
Desenvolvimento da aula
Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios
5 min · Ausubel — ativação de subsunçoresO professor pergunta: "uma pilha nova de 1,5V, ao ser usada num aparelho que consome muita corrente, às vezes entrega uma tensão um pouco menor que 1,5V. Por quê?" Ouvir hipóteses.
Problematização Inicial
5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipadoPerguntar: será que um gerador real entrega, nos seus terminais, exatamente a mesma tensão que sua fem nominal, em qualquer situação? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que a DDP nos terminais de um gerador é sempre igual à sua fem, independentemente da corrente fornecida.
Desenvolvimento Conceitual
20 min · Exposição dialogadaApresentação dos slides 2 a 9: um GERADOR é um dispositivo que converte outra forma de energia em energia elétrica (química numa pilha, mecânica num dínamo), fornecendo uma FORÇA ELETROMOTRIZ (fem, ε) ao circuito. Um gerador REAL tem também uma RESISTÊNCIA INTERNA r, que dissipa parte da energia como calor dentro do próprio gerador. A EQUAÇÃO DO GERADOR relaciona a DDP nos terminais U com a fem e a queda de tensão interna: U=ε−r·i — isso resolve o obstáculo do Momento 2: a DDP nos terminais é sempre MENOR que a fem quando há corrente fluindo, e só se iguala a ela quando i=0 (circuito aberto).
Resolução Guiada
10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento ProximalResolução guiada: calcular a DDP nos terminais de uma pilha de fem 1,5V e resistência interna 0,5Ω, fornecendo 0,4A (U=1,3V). Em duplas: calcular a corrente fornecida por um gerador de fem 9V e resistência interna 1Ω que entrega 7V nos terminais (i=2A).
Exercícios de Fixação
7 min · Prática independenteAplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).
Síntese e Fechamento
3 min · Consolidação (fechamento circular)Retomar a pergunta do Momento 1: quanto maior a corrente exigida da pilha, maior a queda de tensão na sua resistência interna (r·i), reduzindo a DDP entregue nos terminais abaixo do valor nominal da fem.
Avaliação formativa
Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.
Lista de exercícios
1. Uma pilha tem fem de 1,5V e resistência interna de 0,5Ω. Quando fornece uma corrente de 0,4A, qual a DDP nos seus terminais?
Gabarito: U=ε−r·i=1,5−0,5×0,4=1,5−0,2=1,3V.
2. Por que a DDP nos terminais de um gerador real é sempre menor que sua fem, quando ele fornece corrente?
Gabarito: Porque parte da energia fornecida pelo gerador é dissipada na sua própria resistência interna (efeito Joule), representada pela queda de tensão r·i; só quando não há corrente (circuito aberto) a DDP nos terminais se iguala à fem.
3. Um gerador tem fem de 12V. Quando está em circuito aberto (sem fornecer corrente), qual a DDP em seus terminais?
Gabarito: 12V (igual à fem, já que i=0 e não há queda de tensão interna).
4. Um gerador de fem 9V e resistência interna 1Ω fornece uma DDP de 7V nos terminais. Qual a corrente fornecida?
Gabarito: U=ε−r·i → 7=9−1×i → i=2A.
5. O que representa fisicamente a resistência interna de um gerador?
Gabarito: Representa a oposição à passagem da corrente dentro do próprio gerador (nos seus componentes internos), causando uma dissipação de energia (queda de tensão) proporcional à corrente fornecida.
Observações e extensão
Próxima aula: Curva Característica de um Gerador. Nota para o professor: a pilha "fraca" (usada) que ainda acende uma lanterna mas não liga um controle remoto é um bom exemplo real de resistência interna alta.