Explique o princípio de funcionamento de um gerador de tensão alternada.

Passo 1

O enunciado pede para explicar como funciona um gerador de tensão alternada, cujo conteúdo principal é a Lei de Faraday da indução eletromagnética. Vamos precisar lembrar que um condutor em movimento num campo magnético ou, equivalentemente, um campo magnético variando em torno de um circuito, gera uma força eletromotriz induzida proporcional à variação do fluxo magnético.

Passo 2

Considere uma bobina de N espiras, cada espira de área A, girando com velocidade angular \omega num campo magnético uniforme de intensidade B. O fluxo magnético em cada espira é
\Phi(t) = B\,A\cos(\omega t).
Pela Lei de Faraday, a força eletromotriz instantânea induzida na bobina vale
\mathcal{E}(t) = -\,N\,\frac{d\Phi}{dt}.
Derivando \Phi(t), obtemos
\frac{d\Phi}{dt} = -B\,A\,\omega\sin(\omega t),
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\mathcal{E}(t) = N\,B\,A\,\omega\,\sin(\omega t).

Passo 3

Isso mostra que a tensão gerada é senoidal, com amplitude máxima
E_{\text{max}} = N\,B\,A\,\omega
e frequência \displaystyle f=\frac{\omega}{2\pi}. A forma de onda alterna entre valores positivos e negativos num ciclo periódico.

Passo 4

Para extrair essa tensão alternada sem inverter polaridade no laço, o gerador usa anéis coletores (ou slip-rings) ligados aos terminais da bobina e escovas de contato, de modo que a tensão senoidal apareça externamente sem comutação interna.

Resposta

O gerador de tensão alternada transforma energia mecânica (rotação da bobina) em energia elétrica senoidal pela Lei de Faraday. A tensão induzida é
\mathcal{E}(t) = E_{\text{max}}\sin(\omega t)
com E_{\text{max}} = NBA\omega e frequência f=\omega/(2\pi), e é coletada via anéis coletores e escovas.

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