A descoberta do eletromagnetismo significou uma grande
revolução para a humanidade: a possibilidade de transporte quase
instantâneo de grandes quantidades de energia a longas
distâncias. O entendimento dos fluxos energéticos e de suas
perdas, ao longo da cadeia de produção, transporte e utilização da
energia elétrica, é de fundamental importância para o aumento da
eficiência energética e a mitigação de seus efeitos sobre a
natureza.
Para o estudo simplificado desses processos, foi criado um
sistema constituído por um motor de combustão a diesel que
opera em um ciclo de Carnot, conforme figura a seguir. A cada
ciclo do motor, uma quantidade de calor Q1 é fornecida pela
queima do diesel, um trabalho W é realizado e um calor Q2 é
ejetado para fora do motor. O motor faz girar uma bobina com
velocidade angular constante ω de 21.600 graus por segundo, em
uma região preenchida por um campo magnético uniforme e
estacionário, gerado por um ímã permanente, com intensidade
1/12π tesla. Na bobina, está enrolado um fio condutor formando
por N = 22 espiras circulares cuja área de seção transversal é
igual a A = 1 m2
. Devido à indução magnética, uma força
eletromotriz ξ é gerada em uma tomada que está ligada a um
circuito, fornecendo corrente elétrica I a um aparelho de
resistência equivalente igual a R. A resistência interna dos fios da
bobina e da tomada é denotada por R’. O eixo de rotação da
bobina é perpendicular ao campo magnético.
De maneira simplificada, pode-se considerar que o motor
e a bobina representam uma usina geradora de energia elétrica, os
fios que ligam a bobina até a tomada representam as linhas de
transmissão e o aparelho ligado à tomada representa os
dispositivos movidos a energia elétrica.