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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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