Enunciado

43 . Um circuito em série possui uma impedância de 60,0   Ω e um fator de potência igual a 0,720 em 50,0   H z . A tensão da fonte está atrasada em relação à corrente. ( a ) Que elemento de circuito, um indutor ou um capacitor, deve ser ligado em série com o circuito para fazer aumentar seu fator de potência? ( b ) Qual deve ser o valor desse elemento para que o fator de potência seja igual a 1 ?

Passo 1

Vem comigo que a gente detona essa juntos!

O enunciado diz que a tensão da fonte está atrasada em relação a corrente, então disso já temos que X C > X L .

O fator de potencial é dado por:

cos ⁡ ϕ = R Z

Onde Z é dado por:

Z = R 2 + X L - X C 2

Então temos que ver o que faria cos ⁡ ϕ aumentar, se colocarmos um capacitor ( X C ) ou um indutor ( X L )

Agora para termos um fator de potência igual a 1 , temos que ter ϕ = 0 e como:

tg ⁡ ϕ = X L - X C R

Temos que X L = X C . Nós temos como calcular ϕ para um fator de potencial igual a 0,72 . Tendo esse ϕ temos que calcular o valor da diferença X L - X C para esse ϕ e ver quanto temos que adicionar de X L ou X C (vai depender da resposta de ( a ) ) para que X L = X C .

Com isso a gente pode calcular o valor de C ou de L necessário para que o fator seja 1 .

Vamos lá!

Passo 2

Começando com ( a ) . Nó sabemos que:

cos ⁡ ϕ = R Z

E que Z = R 2 + X L - X C 2 , de enunciado tiramos que X C > X L , então se colocarmos um capacitor o valor de Z vai ser maior do que se colocarmos um indutor, mas se o valor de Z aumenta o fator de potencial diminui.

Logo o elemento que temos que colocar é um indutor.

Passo 3

Agora vamos para o item ( b ) .

Primeiro vamos encontrar o ϕ que faz o fator de potência ser igual a 0,72 , temos:

cos ⁡ ϕ = 0,72

⇒ ϕ = - 43,95 °

Esse ângulo é negativo já que a tensão está atrasada com a corrente.

Então temos que achar o valor da diferença de X L - X C para esse ϕ , só que para isso precisamos saber o valor de R .

Para isso podemos usar que:

cos ⁡ ϕ = R Z

⇒ R = Z cos ⁡ ϕ

Substituindo os valores conhecidos, temos:

R = 60 0,72 = 43,2   Ω

Passo 4

Agora temos o seguinte:

tg ⁡ ϕ = X L - X C R

⇒ X L - X C = R tg ⁡ ϕ

Substituindo R e ϕ , temos:

X L - X C = ( 43,2 ) tg ⁡ ( - 43,95 ° )

⇒ X L - X C = - 41,64   Ω

Então para X L = X C , temos que:

X L = 41,64   Ω

Agora usando o fato de que:

X L = ω L = 2 π f L

⇒ L = X L 2 π f

Substituindo os valores que conhecemos, temos:

L = 41,64 2 π ( 50 )

⇒ L = 0,133   H

Esse é o valor do elemento que devemos colocar para que a o fator de potência seja 1 .

Resposta

( a )

Devemos colocar um indutor.

( b )

L = 0,133   H

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