Generadors.
Força electromotriu
Per mantenir un corrent
elèctric per un conductor cal mantenir entre els seus extrems una diferència
de potencial. Això exigeix un consum d'energia, la qual es subministrada
pel generador.
Un generador és un dispositiu
capaç de transformar qualsevol tipus d'energia no elèctrica en energia
elèctrica i subministrar-la a les càrregues que el travessen.
Les piles, bateries i
dinàmos són generadors. En les piles i bateries es transforma energia
química en energia elèctrica i en les dinàmos es transforma energia
mecànica en energia elèctrica.
Els pols o borns són els
punts pels que el generador s'uneix al circuit exterior, un és el pol
positiu o de major potencial i l'altra és el negatiu o de menor potencial.
El símbol del generador
és:
El born llarg és el pol positiu i el curt el negatiu.
El corrent circula del
pol positiu al negatiu, aquest sentit és convencional ja que el moviment
electrònic és el contrari, és a dir del pol negatiu al positiu.
Experimentalment es comprova
que tot generador s'escalfa en travessar-lo un corrent, la qual cosa
demostra, d'acord amb la llei de Joule, que ofereix resistència al pas
del corrent. Aquesta resistència característica de cada generador s'anomena
resistència interna i s'indica amb la lletra r.
En tot generador hi ha
una proporcionalitat directa entre l'energia que subministra i la càrrega
elèctrica que fa circular pel circuit
E = eQ = e I
t
on e és una cosntant
de proporcionalitat anomenada força electromotriu (fem), la qual
depèn de la forma i construcció del generador.
per tant: 
La força electromotriu
(fem) és la relació entre l'energia que subministra i la càrrega que
el travessa.
La força electromotriu
(fem) és la quantitat de Joules que subministra el generador per cada
Coulomb de càrrega que circula.
La unitat de la força
electromotriu (fem) del SI és el volt, V.
La fem no és equivalent
a la diferència de potencial. La fem és la causa que hi hagi una diferència
de potencial entre els extrems del conductor.
Potència
d'un generador
La
potència és l’energia per unitat de temps,
La fem és la relació que
existeix entre la potència que consumeix el generador i la intensitat
de corrent que subministra al circiut.
Receptors.
Força contraelectromotriu
Els receptors són aparells
que transformen l'energia elèctrica en un altre tipus d'energia. Per
exemple els motors, que transformen energia elèctrica en energia mecànica.
Aquests també s'escalfen,
el que posa de manifest que tenen una resistència interna característica.
Aquesta resistència interna s'indica amb la lletra r'.
El símbol d'un receptor
és:
Hi ha proporcionalitat directa entre l'energia que ens subministra
un receptor i la càrrega que el travessa.
E = e' q
e' depèn de les característiques
del receptor i s'anomena força contraelectromotriu (fcem) del
receptor
La força contraelectromotriu
(fcem) d'un receptor és la quantitat de Joules que subministra (en energia
mecànica en el cas dels motors) per cada Coulomb de càrrega que hi circula.
Potència
d'un motor
Un motor transforma energia
elèctrica en energia mecànica, essent aquesta energia E = e' I t
La potència útil és:
Llei
d'Ohm generalitzada
Sigui un circuit amb un
generador (e, r) i amb un receptor (e' i r')
Tenint en compte que l'energia
es conserva, l'energia subministrada pel generador ha de ser igual a
l'energia consumida pel receptor més les energies dissipades a les resistències
(tant interiors com exteriors)
e I t = e' I t + I2 R t + I2 r t + I2 r' t
e - e' = I (R + r+ r')
Diferència de potencial entre els borns dels diferents
elements d'un circuit (generador, resistència, motor)
D'acord amb l'esquema del circuit anterior, els borns del generador són
a i c, els de la resistència són a i b i els del motor són b i c.
En el diagrama es representa
l'energia per unitat de càrrega en cada element. Les càrregues en passar
pel motor (cb) perden energia en fer girar el motor i en escalfar la
seva resistència interna r' per efecte Joule; en passar per la resistència
(ba) perden energia en escalfar-la per efecte Joule i en passar pel
generador (ac) adquireixen energia que aquest els hi subministra tot
i que una part d'aquesta energia es perd en la resistència interna del
generador per efecte Joule.
La diferència de potencial
entre els borns de la resistència es calcula, Vb-Va
= IR
La diferència de potencial
entre els borns del generador es calcula, Vc
- Va = e - Ir
La diferència de potencial
entre els borns del receptor es calcula, Vc
- Vb = e' +Ir'
Exercicis
1.
Un generador de fem 100 V i resistència
interna negligible forma circuit amb una resistència de 10 W i un motor,
col·locats en sèrie. La resistència està introduïda en un calorímetre
i es comprova que quan el motor no gira, en el calorímetre es produeixen
2000 cal en un minut; en canvi, si gira el motor, en el mateix temps
es produeixen 200 cal. Amb aquestes dades, calculeu:
a) 
intensitat de corrent en els dos casos (R: 3,73 A i 1,18 A)
b) resistència interna del motor
(R: 16,8 W)
c) força contralectromotriu del
motor (R: 68,4V)
2.
Determineu les indicacions de l'amperímetre
i del voltímetre connectats al circuit de la figura. El generador té
una fem de 52 V i una resistència interna de 1 W
i el motor una fcem de 10 V i una resistència interna de 1 W
(R:
2 A i 16 V)
