Enunciado

A função na figura é movida da posição 1 para a 2 em t = 0 . Determine v ( t ) para todo t > 0 .

Passo 1

Vamos redesenhar o circuito da seguinte maneira para t < 0 , o capacitor funciona como um circuito aberto!

Passo 2

A partir dessa figura do Passo 1, concluímos que v ( 0 ) = 12 V

Com isso, vamos redesenhar a figura para t > 0 :

Passo 3

Agora, vamos redesenhar novamente o circuito do Passo 3, mas dessa vez no domínio de Laplace e incorporando a condição inicial do capacitor:

Passo 4

Agora podemos aplicar a lei de Kirchhoff das tensões e isolar o nosso I ( s ) :

- 0.25 s I ( s )   +   v ( 0 ) s + 1 s ( 10 x 1 0 - 3 ) I ( s ) = 0

I ( s ) = - v ( 0 ) s ( - 0.25 s + 1 s ( 10 x 1 0 - 3 ) )

Passo 5

Daí, vamos escrever a expressão para a tensão que passa pelo capacitor em domínio de Laplace utilizando a primeira lei de Ohm:

V ( s ) = 1 s ( 10 x 1 0 - 3 ) I ( s ) = v ( 0 ) s ( 2.5 x 1 0 - 3 s 2 - 1 ) = 400 v ( 0 ) s ( s 2 - 400 )

Passo 6

Em seguida, vamos substituir 12 V onde for v ( 0 ) e em seguida separar em frações parciais:

V ( s ) = 400 ( 12 ) s ( s 2 - 400 ) = 4800 s ( s - 20 ) ( s + 20 ) = A s + B s + 20 + C s - 20

Agora basta encontrar A ,   B   e   C (utilizando o método dos resíduos) e encontrar V 0 .

A = ( s ) V ( s ) s = 0 → ( s ) 4800 s ( s - 20 ) ( s + 20 ) →   - 12

B = ( s + 20 ) V ( s ) s =   - 20 → ( s + 20 ) 4800 s ( s - 20 ) ( s + 20 ) →   6

C = ( s - 20 ) V ( s ) s = 20 → ( s - 20 ) 4800 s ( s - 20 ) ( s + 20 ) →   6

Daí, substituindo, teremos:

V ( s ) = - 12 s + 6 s + 20 + 6 s - 20

Por Laplace utilizando a tabela de transformadas, teremos:

v ( t )   =   [ - 12 + 6 e - 20 t + 6 e 20 t ] u ( t ) , para t>0

Resposta

v ( t )   =   [ - 12 + 6 e - 20 t + 6 e 20 t ] u ( t ) , para t>0

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Determine a tensão no capacitor como uma função do tempo para t0 no circuito da figura. Considere condições de estado estacionário em t = 0 - .
Calcule v (t) para t0 no circuito da Figura.
Obtenha v (t) para t0 no circuito da figura
No circuito da figura, a chave é movida (o contato é fechado antes de abrir o anterior) da posição A para B em t = 0 . Determine v t para qualquer t ≥ 0 .
A chave no circuito da figura que estava fechada a um longo tempo, é aberta em t = 0 . Determine i t para t0 .