
Fontes
de tensão e de corrente ideais são fontes que fornecem os valores
determinados de tensão ou de corrente independentemente da carga à
qual forem ligadas. É possível construir sistemas retroalimentados
que percebam mudanças na carga e modifiquem os parâmetros físicos
da fonte de forma a manter sua saída constante, embora tais sistemas
tenham uma limitação no que diz respeito à velocidade das mudanças
às quais ele pode responder. Esse não é nosso assunto, entretanto.
Vamos discutir sistemas simples nos quais os parâmetros físicos importantes
das fontes são mantidos constantes, de forma que a saída dessas fontes
em geral não é constante quando a carga externa muda.
Considere o circuito da atividade 1 composto pela bateria e o resistor.
Nesse caso a tensão aplicada pela fonte U é igual à tensão sobre
o resistor UR
e a corrente gerada I é a corrente que atravessa o resistor IR. Ou seja,
U/I = R. De que maneira U e I mudam quando
a resistência R muda ? Antes de mais nada, observe que pelo menos
uma das grandezas tem de mudar, se a resistência e portanto a razão
entre elas mudar. Em geral, num caso real, ambas as grandezas mudam.
Há dois casos ideais, extremos, nos quais apenas uma das grandezas muda,
que muitas vezes podem representar bem uma fonte real. Esses casos são:
Fonte ideal de tensão:
UR = U = constante
IR = I = U/R
|
Fonte ideal de corrente:
IR = I = constante
UR = U = RI
|
Por
exemplo, a bateria usada na atividade 1 dificilmente poderia ser considerada
uma fonte ideal de tensão. Por outro lado, isso seria possível para
uma bateria nova e sem uso, se estivesse conectada a um resistor de
resistência alta. As fontes reais são classificadas como fontes
de tensão ou fontes
de corrente conforme se aproximem mais de um comportamento ou do
outro.
A
forma mais simples de descrever o comportamento de uma fonte de tensão
real é representá-la por uma fonte de tensão ideal em série com uma
resistência (Figura 1), o que permite caracterizá-la por apenas dois
parâmetros: a força eletromotriz (FEM) e
e a resistência interna r da fonte. A FEM é uma característica
do processo interno da fonte que dirige as cargas elétricas contra a
diferença de potencial e converte energia de uma forma em outra, e,
no caso de uma bateria química, é uma constante característica da reação
química envolvida. A resistência interna representa todos os processos
dissipativos que ocorrem dentro da fonte e portanto não pode ser nula
num sistema real.
Uma
fonte de corrente ideal poderá ser representada, na forma mais simples
possível, por uma fonte de corrente ideal em paralelo com uma resistência.
Essa é a representação mais próxima da realidade física de uma fonte
de energia elétrica como um gerador fotovoltaico. Entretanto, também
podemos representar uma fonte de corrente real, como as que usaremos
neste laboratório, pela combinação de uma fonte de tensão ideal e de
uma resistência. Neste caso, a resistência é uma resistor externo, em
geral de alta resistência. É assim que, nesta prática, construíremos
uma fonte de corrente: tomaremos uma fonte de tensão real em série com
um reostato de resistência elevada. A resistência interna da fonte de
tensão será desprezível em relação à resistência do reostato, e poderemos
considerá-la como uma fonte ideal. O que irá distinguir uma fonte de
tensão de uma fonte de corrente nesse caso será, portanto, o valor da
resistência associada à fonte de tensão ideal.
Tanto uma fonte
de tensão como uma de corrente podem ser representadas pelo diagrama
da Figura 1: uma fonte de tensão ideal (quer dizer, uma fonte cuja tensão
fornecida não varia), que fornece a tensão
,
em série com uma resistência r. Entre os terminais da fonte se
pode ligar um resistor de carga com resistência R fazendo com
que flua uma corrente I no circuito.
Figura
1: Uma fonte real de tensão ou de corrente pode ser representada
por uma fonte de tensão ideal que fornece a tensão e em série com uma resistência
r. Ao se ligar os terminais da fonte através de um resistor
de carga com resistência R flue uma corrente I
no circuito. |
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Da maneira como
está representado na Figura 1, o que distingue uma fonte de tensão de
uma fonte de corrente é a magnitude da razão entre as resistências interna
r e externa R. Essa propriedade também as distingue em
relação ao uso que daremos a elas.
Niels F.
Lima