Os sistemas de energia elétrica dependem fortemente de duas máquinas estreitamente relacionadas que, à primeira vista, parecem desempenhar funções opostas. Um gerador converte rotação mecânica — proveniente de uma turbina posta a girar por vapor, água ou vento — em corrente elétrica. Um motor elétrico faz o inverso, convertendo corrente elétrica em rotação mecânica capaz de acionar uma roda, uma ventoinha ou um compressor. Na realidade, ambas as máquinas assentam essencialmente no mesmo princípio eletromagnético subjacente, apenas aplicado em direções opostas.
Um gerador usa o movimento através de um campo magnético para induzir corrente
Um gerador funciona fazendo rodar uma bobina de fio dentro de um campo magnético — ou, de forma equivalente, fazendo rodar ímanes à volta de uma bobina fixa —, de modo a que o campo magnético que atravessa a bobina esteja constantemente a mudar à medida que a rotação prossegue. Esse campo magnético em mudança induz uma corrente elétrica na bobina, consequência direta da indução eletromagnética: sempre que o campo magnético que atravessa um condutor muda, é induzida uma corrente nesse condutor. Toda a função de um gerador se reduz a forçar mecanicamente, precisamente, este tipo de mudança contínua, convertendo a energia mecânica que impulsiona a rotação em energia elétrica transportada pela corrente induzida.
Um motor faz correr a mesma física no sentido inverso: a corrente produz força de rotação
Um motor explora um efeito eletromagnético estreitamente relacionado, mas a funcionar em sentido inverso: quando uma corrente elétrica percorre um condutor situado dentro de um campo magnético, esse condutor sofre uma força física. Ao dispor bobinas percorridas por corrente dentro de um campo magnético, de modo a que essa força empurre consistentemente a bobina à volta de um eixo central, um motor converte a energia elétrica da corrente de entrada diretamente em energia mecânica de rotação. Como geradores e motores partilham grande parte do seu mecanismo físico subjacente, muitas máquinas elétricas são, na prática, construídas para poderem funcionar como um ou outro, consoante seja fornecida energia mecânica ou energia elétrica como entrada.
Aquilo de que ainda não temos a certeza
Os princípios eletromagnéticos básicos por detrás de geradores e motores estão definidos com precisão, são física e engenharia elétrica dos séculos XIX e XX extremamente bem estabelecidas, confirmadas numa enorme variedade de máquinas práticas construídas precisamente nessa base. O que é genuinamente uma área ativa de investigação em engenharia aplicada é conceber motores e geradores que extraiam mais potência útil de uma dada dimensão e peso de máquina, desperdiçando menos energia sob a forma de calor — um desafio persistente, dada a resistência elétrica e o atrito mecânico inevitáveis dos materiais reais —, e os engenheiros continuam a desenvolver materiais melhorados, desenhos de ímanes e eletrónica de controlo para empurrar ainda mais estes limites de eficiência, sem que qualquer máquina real alguma vez alcance uma conversão perfeita, sem perdas.
Isto insere-se em Sistemas de Energia & Máquinas Elétricas, um dos oito tópicos de Engenharia Elétrica, um dos quatro domínios de Engenharia, uma das dezassete disciplinas sobre as quais a aplicação te pode testar.