Na descarga, o capacitor descarrega sobre o resistor, de forma que sua tensão descreve uma curva exponencial decrescente. Neste caso, o capacitor comporta-se como uma fonte de tensão, cuja capacidade de fornecimento de corrente é limitada pelo tempo de descarga. A expressão da tensão sobre o resistor equivalente
nessas condições é dada por:
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre como um capacitor descarrega através de um resistor, fazendo com que a tensão no resistor diminua de forma exponencial ao longo do tempo. A matéria envolvida aqui é sobre circuitos elétricos, mais especificamente sobre a descarga de capacitores em circuitos RC (resistor-capacitor). Para resolver isso, vamos precisar entender a relação entre tensão, corrente, resistência, capacitância e como eles interagem durante a descarga do capacitor.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é um capacitor. Um capacitor é um componente que armazena energia na forma de campo elétrico. Quando ele está carregado e começa a descarregar através de um resistor, a energia armazenada começa a ser liberada.
Passo 3
A equação que descreve a tensão no resistor durante a descarga do capacitor é uma função exponencial. Isso acontece porque a taxa de descarga do capacitor não é constante, mas diminui ao longo do tempo. A equação dada é:
Aqui,
é a tensão no resistor no tempo
,
é a tensão inicial, e
é a constante de tempo do circuito.
Passo 4
Vamos entender o que é a constante de tempo
. Em um circuito RC, a constante de tempo é dada por:
Onde
é a resistência e
é a capacitância do capacitor. A constante de tempo
indica quanto tempo leva para a tensão no capacitor (ou no resistor) diminuir para cerca de 37% de seu valor inicial.
Passo 5
Agora, vamos derivar a equação da tensão no resistor durante a descarga. A lei de Ohm nos diz que a tensão no resistor é proporcional à corrente que passa por ele:
A corrente
no circuito durante a descarga do capacitor é dada por:
Substituindo
na equação de
:
O sinal negativo no enunciado original indica que a tensão está diminuindo.
Passo 6
Portanto, a expressão final para a tensão no resistor durante a descarga do capacitor é:
O sinal negativo mostra que a tensão está decrescendo ao longo do tempo.
Resposta
A tensão no resistor durante a descarga do capacitor é dada por: