Um indutor ideal, de indutância desconhecida não nula, um resistor de resistência e um capacitor ajustável conectados em série a uma fonte de tensão alternada . A amplitude da corrente circulando no circuito quando o capacitor é ajustado para o valor é a mesma de quando o capacitor é ajustado para o valor .
Determine em função dos parâmetros dados:
(a) A indutância do indutor
(b) A amplitude da corrente no circuito
(c) A fase em relação à fonte de tensão quando o capacitor vale e
(d) A potência média dissipada no circuito qunado o capacitor vale
Passo 1
Quando mudamos a capacitância do capacitor de para temos que a corrente permanece a mesma. Isso quer dizer que a nossa impedância não mudou, ou seja
Onde ainda iremos determinar a indutância.
Substituindo temos
Se tomarmos a solução com sinal positivo iremos achar que o que não faz sentido, já que .
Se tomarmos a solução com sinal negativo temos
Substituindo e
Passo 2
Agora que descobrimos a indutância, para descobrir a corrente, basta usar
Como
e
(Aqui tanto faz usar a capacitância de ou já que as duas produzem a mesma corrente!)
Temos finalmente
E é isso. Não fica mais bonito não, mas tá certo ;)
Passo 3
Temos que lembrar que a fase da corrente em relação à fonte é relacionada por
No caso em que a condutância vale
No caso em que a condutância vale
Passo 4
A potência média é dada por
Substituindo a amplitude da corrente e a fase, que já achamos
Calma que eu segurei esse ! Substituir logo daria um negócião gigante! Vou te ensinar um macete pra calcular o cosseno de arcotangente ;)
Temos que o nosso ângulo é dado por
Aqui tanto faz escolher a solução para com sinal de menos ou mais por que a função cosseno é uma função par (. Para deixar mais simples, escolhi a solução com o argumento do arcotangente positivo.
Até aí, nada de novo. Mas a gente consegue pensar em uma coisa: sabemos que a tangente é o cateto oposto dividido pela hipotenusa, certo? E se a gente desenhar um triângulo retângulo cujos catetos sejam e ? Ficaria algo tipo assim:
Ah maneiro! Agora só preciso da hipotenusa para calcular o cosseno de . Pra isso basta usar Pitagorás! A hipotenusa será
Assim temos
Pra deixar com a cara da nossa expressão da potência, vamos dividir o numerador e o denominador por
Assim, voltando para a potência média
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d)