Força eletromotriz e Força contraeletromotriz

Força eletromotriz e força contraeletromotriz são os potenciais elétricos relacionados ao funcionamento de geradores e receptores elétricos. Ambas são definidas como o trabalho da força elétrica por unidade de carga elétrica, e sua unidade de medida é o volt, apesar de serem chamadas de forças.

Veja também: Eletricidade – de onde vem, fórmulas e exercícios

Força eletromotriz

Força eletromotriz, ou simplesmente f.e.m., é a quantidade de energia elétrica (trabalho) que um gerador elétrico é capaz de realizar sobre cada unidade de carga elétrica, em coulombs. Esse trabalho equivale à quantidade de energia necessária para levar a carga elétrica do menor para o maior potencial elétrico.

Apesar do nome, a força eletromotriz é, na verdade, um potencial elétrico e, portanto, sua unidade de medida, de acordo com o Sistema Internacional, é o volt (V). A medida de 1 V equivale a 1 joule por coulomb. O nome – força eletromotriz – é mantido até os dias atuais por razões históricas.

Chamamos de f.e.m. a máxima tensão produzida por um gerador real. Quando ligado a algum circuito elétrico, esse tipo de gerador não é capaz de entregar 100% de sua f.e.m., uma vez que o seu próprio funcionamento dissipa uma certa quantidade de energia na forma de calor em decorrência do Efeito Joule.

A força eletromotriz produzida por um gerador real pode ser determinada a partir da equação característica dos geradores:

ε – força eletromotriz (V)

U – tensão útil (V)

r_in – resistência interna do gerador (Ω)

i – corrente elétrica que atravessa o gerador (A)

Veja também: Potência e rendimento dos receptores

Fórmulas da força eletromotriz

Além da fórmula mostrada anteriormente, obtida a partir da equação característica do gerador, a força eletromotriz pode ser calculada a partir da razão entre o trabalho necessário para transportar a carga elétrica do menor para o maior potencial elétrico e o módulo da carga elétrica.

ε – força eletromotriz (V)

τ – trabalho (J)

q – carga elétrica (C)

Força contraeletromotriz

Força contraeletromotriz diz respeito à quantidade de energia que os receptores elétricos consomem durante seu funcionamento. Quando a corrente elétrica passa em um receptor, ela o percorre no sentido do maior para o menor potencial, fornecendo-lhe energia elétrica. Tal energia é o que chamamos de força contraeletromotriz e sua unidade de medida é o volt (v). Assim como no caso da f.e.m., a força contraeletromotriz é calculada pela razão entre o trabalho realizado e o módulo da carga elétrica.

A força contraeletromotriz corresponde a toda energia elétrica que um receptor converte em outras formas de energia que não o calor. O calor é uma das formas de energia que o receptor produz em razão do Efeito Joule que ocorre em seu interior, quando uma corrente elétrica percorre sua resistência interna.

Por meio da equação característica dos receptores, é possível isolar a força contraeletromotriz e calculá-la a partir da tensão que é aplicada ao receptor:

Veja também: Dielétricos: o que são, para que servem e como funcionam

Fórmulas da força contraeletromotriz

Confira a fórmula usada para calcular a força contraeletromotriz:

ε' – força contraeletromotriz (V)

Apesar de ser essencialmente igual à fórmula usada para a força eletromotriz, o trabalho nesse caso é igual à energia contida nas cargas elétricas que é consumida pelo receptor.

Exercícios sobre força eletromotriz e contraeletromotriz

Questão 1 — Calcule a força eletromotriz de um gerador elétrico de resistência interna igual a 2,0 Ω e percorrido por uma corrente elétrica de 0,5 A, sabendo que a tensão útil fornecida por ele é igual a 11 V.

a) 10 V

b) 12 V

c) 15 V

d) 14 V

Resolução:

Para resolver o exercício, é necessário utilizar a equação característica dos geradores. Confira o cálculo:

Com base no cálculo feito acima, a alternativa correta é a letra B.

Questão 2) Determine a força contraeletromotriz de um receptor elétrico de resistência interna igual a 0,5 Ω, sabendo que, quando ligado a uma tensão de 20 V, esse receptor é percorrido por uma corrente elétrica de 2,0 A.

a) 19 V

b) 20 V

c) 15 V

d) 18 V

Resolução:

Para resolver o exercício, é necessário utilizar a equação característica dos receptores. Confira o cálculo:

Com base no cálculo feito acima, a alternativa correta é a letra A.