Uma bobina (RL série) alimentada por 110 V em 60 Hz , solicita uma corrente de 5 A que se atrasa de 300 em relação a tensão da fonte. Quais são a resistência e a indutância da bobina?
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você tem um circuito RL série, que é basicamente uma combinação de resistência ® e indutância (L) conectadas em série. A fonte desse circuito é de 110 V alternada com frequência de 60 Hz. A corrente que passa por esse circuito é de 5 A e atrasa 30° em relação à tensão. Nosso objetivo aqui é descobrir qual é a resistência ® e a indutância (L) dessa bobina. Para resolver isso, vamos usar conceitos de circuitos de corrente alternada, como impedância e ângulo de fase.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a relação entre a tensão, a corrente e o ângulo de fase em um circuito RL. Em corrente alternada, a tensão e a corrente nem sempre estão em fase devido à presença da indutância, que causa um atraso na corrente. O ângulo de fase (θ) nos ajuda a quantificar esse atraso.
Passo 3
A impedância total (Z) do circuito RL é a combinação da resistência ® e da reatância indutiva (X_L). A reatância indutiva está relacionada à indutância (L) e à frequência da fonte (f) através da fórmula:
Onde:
é a reatância indutiva,
é a frequência,
é a indutância.
Passo 4
A impedância total (Z) do circuito RL pode ser calculada usando a relação entre tensão (V), corrente (I) e impedância:
Substituindo os valores dados:
Passo 5
Agora, vamos relacionar a impedância total com a resistência e a reatância indutiva. Em um circuito RL, a impedância é dada por:
Também sabemos que o ângulo de fase (θ) está relacionado por:
Dado que o ângulo de fase é de 30°, podemos usar essa relação para encontrar em termos de R.
Passo 6
Vamos calcular usando o ângulo de fase:
Sabemos que , então:
Agora, substituímos na equação da impedância total:
Passo 7
Agora que temos o valor de R, podemos encontrar :
Agora, lembrando que:
Podemos resolver para L:
Substituindo os valores:
Resposta
A resistência da bobina é aproximadamente 19,05 Ω e a indutância é de cerca de 0,029 H.