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Conversão
direta da energia
(Parte9 - Conversão
ferroelétrica)
Prof.
Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br
Conceitos
avançados
A conversão ferroelétrica e a termomagnética são conceitos muito sutis
que dependem de uma profunda modificação das propriedades físicas de um
material mediante a aplicação de calor. Os aparelhos que se baseiam
nesses fenômenos são verdadeiras máquinas térmicas. No lugar de fluido
gasoso ou eletrônico utilizados em outros sistemas de conversão direta,
os processos ferroelétricos e termomagnéticos utilizam distribuições
de átomos e moléculas que se modificam periodicamente sob a ação do
calor.
Conversão
ferroelétrica
A conversão ferroelétrica aproveita as curiosas propriedades das substâncias
dielétricas [recordamos que, as substâncias
dielétricas são isolantes elétricos, como o são aqueles colocados
entre as placas dos capacitores para aumentar a sua capacitância]. Por
exemplo, o titanato de bário tem boas propriedades dielétricas a baixas
temperaturas porém, quando aquecido a mais de 120 oC, essas
propriedades pioram rapidamente. Não vamos aqui estudar em detalhes os
comportamentos dos dielétricos, não é o propósito dessa divulgação,
apenas nos restringimos em dizer que no caso em questão o titanato de bário
absorve calor para redistribuir as moléculas dentro de sua rede
cristalina.
Se
colocarmos uma lâmina de titanato de bário entre as duas placas de um
capacitor plano e o 'carregarmos' (fig. 14), conseguiremos um novo método/dispositivo
de transformar diretamente o calor em energia elétrica. Quando aquecermos
o titanato de bário acima de seu ponto Curie,
a 120 oC, a capacitância do capacitor diminui radicalmente
devido à diminuição da constante dielétrica. O capacitor se descarrega
e envia elétrons ao circuito exterior, que consiste num resistor e na
fonte de carga original. Durante essa fase se libera energia elétrica
útil. Na fig. 14 se ilustra o processo de modo esquemático e analítico.
Quando se resfria o dielétrico, o titanato de bário elimina o calor não
aproveitado e completa o ciclo.
Fig.
14 - O conversor ferroelétrico consiste em um capacitor cuja capacitância
varia com a temperatura. Quando é aquecido sua capacitância diminui, a
d.d.p. entre suas armaduras aumenta e o capacitor se descarrega através
da carga. Ciclo (lembre-se que: Q = C.U):
(1) interruptor #2 aberto, interruptor #1 fechado (fase de carga). A
bateria carrega o capacitor de capacitância C1 com carga Q1,
sob d.d.p. U1(V1, na ilustração);
(2) ambos os interruptores abertos. Com o aquecimento a capacitância
passa de C1 para C2 (C1 > C2),
a carga permanece constante (pois os interruptores estão abertos,
isolando o capacitor do exterior) e portanto a d.d.p. passa de U1
para U2 (U2 > U1);
(3) interruptor #2 fechado, interruptor #1 aberto. O capacitor se
descarrega através da carga (e da bateria, que nessa fase funciona como
receptor e não como gerador) até que sua carga passe a Q1 ,
sob d.d.p. U1 e capacitância C2.
(4) ambos os interruptores abertos. O calor é dissipado para o ambiente,
a capacitância retorna de C2 para C1 e a carga
permanece constante, pelo que a d.d.p. passa de U1 a Uo
(Uo < U1). O ciclo volta a repetir-se.
A bateria fornece uma quantidade de energia E1 em cada ciclo. A
energia enviada à bateria e à carga exterior em cada ciclo é E2.
Por tanto, a energia 'resultante' transformada é E2 - E1,
representada pela diferença entre as áreas hachuradas.
Segue:
Conversão Direta - Parte 10 : Conversão
termomagnética
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