Um flash fotográfico típico fornece 2 kW durante aproximadamente 2 ms. Essa energia é obtida descarregando um condensador de
. Até que diferença de potencial deverá ser carregado o condensador?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre energia em um flash fotográfico! A questão fala sobre como um flash que fornece 2 kW durante 2 milissegundos usa um capacitor de 50 microfarads (μF). A gente precisa descobrir qual a diferença de potencial (ou seja, a voltagem) que o capacitor deve ter antes de descarregar. Para isso, vamos precisar usar conceitos de energia elétrica e capacitância.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a potência § é a taxa com que a energia (E) é usada ou transferida. A relação entre potência, energia e tempo é dada pela fórmula:
Aqui, temos P = 2 kW e t = 2 ms. Precisamos encontrar a energia E fornecida pelo capacitor.
Passo 3
Vamos rearranjar a fórmula para encontrar a energia:
Substituindo os valores:
Antes de calcular, é importante converter as unidades para o Sistema Internacional (SI). Sabemos que:
- 1 kW = 1000 W
- 1 ms = 0,001 s
Então:
Portanto, a energia fornecida é de 4 joules.
Passo 4
Agora, vamos relacionar essa energia com o capacitor. A energia armazenada em um capacitor é dada pela fórmula:
Onde:
- E é a energia (em joules)
- C é a capacitância (em farads)
- V é a diferença de potencial (em volts)
Queremos encontrar V, então vamos reorganizar a fórmula:
Passo 5
Substituindo os valores que temos:
Então:
Resposta
O capacitor deve ser carregado até uma diferença de potencial de 400 volts.