Baseado nas questões anteriores, descreva o princípio de funcionamento dos motores e geradores elétricos.
Passo 1
O enunciado pede para descrever como os motores elétricos convertem energia elétrica em mecânica e como os geradores fazem o inverso. O conteúdo principal aqui é eletromagnetismo: usamos a força de Lorentz para o motor e a lei de Faraday da indução eletromagnética para o gerador.
Passo 2
Num motor elétrico, uma corrente percorre um condutor imerso em um campo magnético. Cada elemento de fio que carrega corrente sofre a força de Lorentz, dada por
para cargas
em movimento com velocidade
no campo
. No caso de um fio com corrente
, essa expressão se torna
Em uma bobina montada em um eixo, as forças em lados opostos produzem um torque que faz a bobina girar, convertendo energia elétrica em trabalho mecânico. Um comutador (ou inversor) é usado para trocar o sentido da corrente a cada meia-volta, mantendo o torque sempre no mesmo sentido de rotação.
Passo 3
Num gerador elétrico, fazemos o processo inverso: aplicamos um torque para girar uma bobina dentro de um campo magnético. A variação do fluxo magnético
através da bobina induz uma força eletromotriz
, de acordo com a lei de Faraday:
Aqui
é o fluxo do campo magnético pela área da espira. Conforme a bobina gira,
muda com o tempo e gera-se uma tensão que faz a corrente fluir pelo circuito externo, convertendo trabalho mecânico em energia elétrica.
Passo 4
Em essência, motores e geradores são dispositivos reversíveis: o motor usa corrente para gerar torque via força de Lorentz, enquanto o gerador usa torque para variar o fluxo magnético e induzir tensão via lei de Faraday. Ambos dependem do mesmo princípio de interação entre corrente, movimento e campo magnético.
Resposta
O motor elétrico funciona aplicando a força de Lorentz sobre condutores com corrente em um campo magnético, gerando um torque que produz rotação. Já o gerador elétrico gira uma bobina num campo magnético para variar o fluxo e, pela lei de Faraday
, induzir uma tensão elétrica.