Unicamp - Física 3 – P3 2018.2 - NOTURNO - 12
Uma fonte alternada com frequência angular e amplitude é ligada a um circuito em série que contém um capacitor, um indutor de indutância e um resistor de resistência .
- Para qual valor da reatância capacitiva a amplitude de voltagem através do indutor será máxima?
- O valor da capacitância do capacitor;
- A amplitude de voltagem através do indutor;
- O valor correspondente da amplitude de voltagem através do capacitor;
- O valor correspondente da amplitude de voltagem através do resistor.
Nas condições do item a) determine em função de , , e :
Passo 1
a) Para um circuito em série, podemos escrever a diferença de potencial alternada da fonte como
A corrente passando no circuito será dada por
sendo que a impedância e a fase são dados, respectivamente, por
Nessas expressões, e são as reatâncias indutiva e capacitiva, respectivamente.
A voltagem através do indutor depende da derivada da corrente em relação ao tempo e é dada por
A amplitude de , ou seja, o maior valor que essa voltagem pode ter, é . Essa expressão depende de apenas através da impedância , como pode ser visto da expressão acima. Portanto, o maior valor de ocorrerá quando for o menor valor possível.
Isso vai acontecer quando , que é a condição para se ter a ressonância em um circuito em série com fonte alternada.
Passo 2
b) Como , então
Passo 3
c) Jogando na expressão que a impedância que colocamos no Passo 1, temos e a amplitude da voltagem através do indutor será
Passo 4
d) A voltagem através do capacitor é
Nesse caso, integramos a expressão para a corrente que mostramos no Passo 1, já que , e obtivemos .
Portanto, o maior valor que pode ter é
Usando , vamos ter
Passo 5
e) Para o resistor, a voltagem será
Para , a amplitude dessa voltagem será