Enunciado

30. Usando a análise nodal, determine v 0 e i 0 no circuito da figura 3.79

Passo 1

No circuito acima, temos três nós. O nó inferior vai estar ligado à terra, com um potencial nulo.

E com isso vamos dar início a nossa linha de pensamento.

Passo 2

Primeiramente, vamos escolher os sentidos das correntes e nomear as tensões de cada nó para aplicarmos a L K C :

Com isso, aplicando a L K C para o nó 1 , temos que:

∑ i   e n t r a m = ∑ i   s a e m

i 1 + i 2 = i 0

E depois, aplicando a L K C para o nó 2 , chegamos à:

∑ i   e n t r a m = ∑ i   s a e m

i 0 + 2 i 0 = i 3

3 i 0 = i 3

Passo 3

Nesse P a s s o , vamos determinar agora as equações das correntes em relação às tensões nodais:

i 0 =   v 1 + 96 - v 2 40

i 1 = 80 -   v 1 10

i 2 =   4 v 0 - v 1   20

i 3 = v 2   80

E substituindo em seguida essas correntes, nas quatro relações que obtivemos do L K C , chegamos ao seguinte sistema de equações:

80 -   v 1 10 +   4 v 0 - v 1   20 =   v 1 + 96 - v 2 40 ( I )   3 ⋅   v 1 + 96 - v 2 40 = v 2   80 I I

Olhando o circuito que desenhamos no P a s s o   2 , podemos ver que a tensão v 0 é igual a tensão nodal v 2 . Sendo assim, ficamos com:

4 ( 80 -   v 1 ) 40 +   2 ( 4 v 2 - v 1 )   40 =   v 1 + 96 - v 2 40 ( I )   3 ⋅   v 1 + 96 - v 2 40 = v 2   80 I I

Passo 4

Agora, bora dar uma simplificada nesse sistema:

7 v 1 - 9 v 2 = 224   I             6 v 1 -   7 v 2 = - 576     ( I I )

Passo 5

Multiplicando essa segunda equação por   - 7 e a primeira por 6 :

42 v 1 -   54 v 2 = 1344       - 42 v 1 + 49 v 2 = 4032

E depois somando com a primeira, obtemos que:

- 5 v 2 = 5376

  v 2 = - 5376 5   V

  v 2 = - 1075,2   V

E em seguida, substituindo esse valor obtido na a equação ( I ) , encontramos a outra tensão:

7 v 1 - 9 v 2 = 224      

7 v 1 - 9 ⋅ ( - 1075,2 ) = 224      

7 v 1 = - 9452,8

  v 1 = - 9452,8 7   V

  v 1 = - 1350,4   V

Uma vez que já obtemos   v 2 ... Como   v 2 = v 0 :

v 0 = - 1075,2   V

E o valor da corrente i 0 é dado por:

i 0 =   v 1 + 96 - v 2 40

i 0 =   - 1350,4 + 96 + 1075,2 40   A

i 0 = - 4,48   A

Pronto! Missão cumprida com sucesso! VERY GOOD!

Resposta

v 0 = - 1075,2   V

i 0 = - 4,48   A

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