Enunciado

Se a corrente que entra no terminal positivo de um elemento é

i = 4 sen ⁡ ( 2 t )   A ,   t   >   0

= 0 ,   t   <   0

Calcule a potência entregue ao elemento para um t   >   0 e a carga entregue ao elemento entre 0 e π / 4   s , se (a) v   =   2 i , (b), v   = 2   d i / d t e (c) v   =   2 ∫ 0 t i d t -   4 ( v é dado em volts se i for em ampères).

Passo 1

Falaaaa, galeraaaa! Vamos precisar de:

- Da fórmula de potência: p = v ∙ i ;

- Da relação entre corrente e carga: i = d q d t .

Passo 2

Letra a):

Temos que

v   =   2 i

Substituindo a expressão da corrente

v = 2 ∙ 4 sen ⁡ ( 2 t )

v = 8 sen ⁡ ( 2 t )   V

Calculando a carga, fazendo a integral da corrente

Integral:

sen ⁡ ( a x ) = - 1 a cos ⁡ ( a x )

q = ∫ 0 π / 4 4 sen ⁡ ( 2 t )   d t = - 4 2 cos ⁡ 2 t 0 π 4 = - 2 cos ⁡ 2 t 0 π 4

Substituindo os limites de integração, temos

q = - 2 cos ⁡ 2 ∙ π 4 - cos ⁡ 2 ∙ 0

q = - 2 0 - 1

q = 2   C

A potência será:

p = v ∙ i

p = 8 sen ⁡ ( 2 t ) ∙ 4 sen ⁡ ( 2 t )

p = 32 sen ⁡ ( 2 t )   W

Passo 3

Letra b):

Temos que

v   = 2   d i / d t

Substituindo a corrente

v   = 2 d ( 4 sen ⁡ ( 2 t ) ) d t

Calculando a derivada da corrente:

d i d t = 4 ∙ 2 cos ⁡ 2 t = 8 cos ⁡ ( 2 t )

A tensão então será

v = 2 ∙ 8 cos ⁡ 2 t = 16 cos ⁡ ( 2 t )

A potência então ficará

p = v ∙ i = 16 cos ⁡ 2 t ∙ 4 sen ⁡ ( 2 t )

p = 64 cos ⁡ ( 2 t ) sen ⁡ ( 2 t )   W

Podemos agora fazer uma substituição trigonométrica

Substituição trigonométrica:

sen ⁡ ( 2 A ) = sen ⁡ ( A + A ) = sen ⁡ ( A ) cos ⁡ ( A ) + sen ⁡ ( A ) cos ⁡ ( A ) = cos ⁡ ( A ) 2 sen ⁡ ( A )

sen ⁡ ( 2 A ) = 2 sen ⁡ ( A ) cos ⁡ ( A )

sen ⁡ ( A ) cos ⁡   ( A ) = sen ⁡ ( 2 A ) 2

A potência ficará

p = 64 sen ⁡ 4 t 2

p = 32 sen ⁡ 4 t   W

Passo 4

Letra c):

Temos que

v   =   2 ∫ 0 t i d t -   4

Calculando a integral

v   =   2 ∫ 0 π / 4 4 sen ⁡ ( 2 t )   d t -   4

v   =   8 ∫ 0 π / 4 sen ⁡ ( 2 t )   d t -   4

v   = - 8 2 cos ⁡ ( 2 t ) 0 π / 4 -   4

v = - 4 [ cos ⁡ ( π / 4 ) - cos ⁡ 0 ] - 4

v = - 4 [ 0 - 1 ] - 4

v = 4 - 4 = 0

Logo

p = 0 ∙ 4 sen ⁡ 2 t  

p = 0

Prontinho!

Resposta

p = 32 sen ⁡ ( 2 t )   W

p = 32 sen ⁡ 4 t   W

p = 0

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