Corrente Alternada

A corrente alternada (CA ou AC – do inglês Alternating Current) é gerada a partir de uma fonte de tensão alternada. A produção da tensão alternada e resultado de um processo onde uma bobina corta as linhas de força de um campo magnético.

O forma mais eficiente de transmissão da corrente alternada é a forma senoidal, embora dependendo da aplicação podemos ter as formas quadrada e triangular.  A característica principal da corrente e tensão alternada e a variação do valor ao longo do tempo, onde o seu valor varia de zero até o valor de pico positivo, volta a zero, vai até o pico e negativo e volta a zero, fechando um ciclo. Assim se repete infinitamente, enquanto a fonte geradora estiver ligada.

Essa é a forma de tensão produzida nas usinas hidrelétricas por exemplo, onde a força da água gira uma bobina, que corta o campo magnético. Essa é a tensão que chega nas tomadas das nossas residências, comércio e industria.

Uma das grandes vantagens da tensão alternada é que ela pode ser transmitida a longas distâncias com baixa perda em relação a corrente contínua, podendo ainda ser elevada ou abaixo por transformados ao longo do caminho.

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Figura 1 – Onda senoidal de uma Tensão Alternada

Matematicamente falando a corrente ou tensão alternada é representando por um função seno, no caso da função senoidal.

A tensão CA pode representada pela fórmula seguinte:

v(t)=V.sin(2{pi}ft+{varnothing}_v)

A corrente CA pode representada pela fórmula seguinte:

i(t)=I.sin(2{pi}ft+{varnothing}_i)

O valor de pico-a-pico da tensão alternada é definida como a diferença entre o pico positivo e o pico negativo. Considerando que a tensão varia da amplitude máxima +A até a amplitude mínima -A, teremos a Vp-p = (+A)-(-A) = 2A.

Normalmente a tensão CA é avaliada pelo seu valor eficaz, que é o valor médio quadrático desse sinal elétrico (valor rms – abreviatura em inglês de root mean square), representado por Vef (ou Vrms), assim para uma tensão senoidal, temos:

V_ef = A/sqrt{2} = {{A}sqrt{2}}/2

A tensão eficaz Vef é muito útil no calculo da potência que uma carga consome. Assim se uma tensão CC de valor VCC transfere uma potência P para uma carga, então uma tensão CA de valor Vef entregará a mesma potência média P para a mesma carga, se e somente se Vef = VCC. Por isso o valor rms é o valor de tensão considerado nos sistema de potência.

Gerador de Tensão Alternada

Um gerador de tensão alternada é formado por uma bobina que rodando dentro de um campo magnético, o fio onde começa a bobina está soldado a um anel coletor e o fim do fio, depois de ser enrolado na bobina, solda-se a outro anel coletor, esses dois anéis mantêm o contato com duas escovas, enquanto a bobina roda, de forma que a diferença de potencial entre as escovas é igual à diferença de potencial na bobina toda. Veja na figura abaixo a representação prática.

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Figura 2 – Representação prática de um gerador de tensão alternada

O fluxo magnético através da bobina é dado por:

{Phi}=BAcos{theta}

Onde:

A – área da seção transversal da bobina,

B – campo magnético médio

θ – ângulo entre o campo magnético e a normal da bobina.

Se a bobina roda com uma velocidade angular (ω) constante, o ângulo θ em função do tempo é dado por ωt+θ0.

Assim a derivada do fluxo magnético em função do tempo, será igual a :

V={V_max}sin({omega}t+{theta}_0)

A expressão acima da a tensão entre as duas escovas coletoras e em função do tempo resulta na tensão alternada, que varia de um pico positivo Vmáx até um mínimo negativo -Vmáx.

A frequência da tensão alternada é dada por: f = {omega}/(2{pi}), que é o número de oscilações por unidade de tempo.

O gerador de tensão alternada, também conhecido como alternador, é usado para transformar energia mecânica em energia elétrica. A fonte da energia mecânica, que faz rodar a bobina, pode ser o vento, nas usinas de energia eólica, a corrente de água, nas usinas hidroelétricas, o fluxo de vapor de água evaporada na usinas de combustão de carvão, o movimento do motor, no alternador usado para recarregar a bateria num automóvel, entre outras.

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