Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 14º - Capítulo 31.Exercícios - Ex. 28
. Um circuito em série é construído com um resistor de , um capacitor de e um indutor de , todos conectados através de uma fonte ca com frequência variável e uma amplitude de tensão de . Em qual frequência angular a impedância atingirá seu valor mínimo e qual é a impedância nessa frequência? Na frequência angular no item , qual é a corrente máxima que passa pelo indutor? Na frequência angular do item , calcule a diferença de potencial através da fonte , do resistor, do capacitor e do indutor no instante em que a corrente é igual à metade de seu maior valor positivo. No item , como as diferenças de potencial através do resistor, do indutor e do capacitor estão relacionadas à diferença de potencial através da fonte ?
Passo 1
Algumas equações serão hiper importantes para termos as respostas desse exercício então vamos ver algumas delas.
Em um circuito genérico, as amplitudes da voltagem e da corrente são relacionadas pela impedância do circuito, ou seja:
Aprendemos na teoria que na ressonância a voltagem e a corrente estão em fase, então:
Ah, e não vamos esquecer de algumas que já estamos bem acostumados a usar, como:
Tudo certo para matar mais uma questão? Então vem comigo que vamos fazer tudinho passo a passo.
Passo 2
A impedância é dada por:
Para a impedância ser mínima:
Isolando a frequência angular teremos:
A impedância para essa frequência angular será:
Passo 3
A corrente máxima que passa pelo indutor será dada por:
Como falamos no Passo 1 e provamos no passo anterior quando se trata de ressonância, então:
Passo 4
Precisamos fazer a diferença de potencial para cada um dos terminais, ou seja:
Resistor – Em fase com :
Indutor – Adiantada em relação a :
Capacitor – Atrasada em relação a :
Fonte :
Mas tem muitas informações que nós não temos e precisamos descobrir.
Passo 5
Primeiro vamos descobrir que é através de:
A corrente é a metade do seu maior valor e como o maior valor é então:
Agora vamos descobrir através de:
Porém como já vimos no Passo 2 sabemos que:
Agora que conseguimos vamos atrás das nossas respostas!
Passo 6
Voltando para as equações que tínhamos no Passo 4.
Resistor:
Indutor:
Capacitor:
Fonte :
Passo 7
Vamos somar as diferenças de potencial através do resistor, do indutor e do capacitor:
Ou seja:
Resposta