Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 14º - Capítulo 30.Exercícios - Ex. 50
Um indutor com indutância e resistência desprezível está ligado a uma bateria, uma chave e dois resistores, e (Figura ). A bateria tem fem de e resistência interna desprezível. é fechada em . Quais são as correntes , e logo após ser fechada? Quais são e depois que tiver sido fechada por muito tempo? Qual é o valor de para o qual tem metade do valor final que
você calculou no item ? Quando tem metade de seu valor final, quais são os valores de e ?
Passo 1
Vem comigo que a gente detona com essa juntos!
Em um circuito envolvendo um indutor, imediatamente após a chave ser fechada o indutor funciona como uma barreira para corrente, então a corrente que passa no ramo que ele estiver é zero.
Em um indutor temos que:
Então depois de muito tempo tende a zero, logo não temos tensão no indutor e é como se ele não estivesse ali.
A tensão no resistor é dada por:
Então essas informações vamos poder encontrar o que cada item quer!
Passo 2
Vamos começar com o item .
Ele quer os valores das correntes quando , como já vimos nesse instante o indutor funciona como uma barreira para corrente, logo .
Com essa condição nós só temos a bateria e o resistor , logo , para char o valor dessas correntes podemos usar que:
E como a tensão da bateria vai ser iguala a do resistor, já que só tem eles no circuito, temos:
Então temos que:
Passo 3
Agora vamos para o item .
Ele quer os valores das correntes quando , como já vimos nesse instante o indutor se comporta como se não estivesse ali, logo temos a seguinte relação entre as correntes:
Como os resistores estão ligados em paralelo eles tem a mesma tensão que a caba sendo igual a da bateria, assim:
Agora a para temos:
Então para , temos:
Passo 4
Agora para o item .
Temos que encontrar onde temos igual a metade do resultado que achamos para ela no item anterior.
Para encontrar esse tempo vamos usar a lei das malhas ao nosso favor no ramo onde passa, assim:
Vamos separar as variáveis e encontrar uma expressão para , temos:
Integrando os dois lados, do lado esquerdo de a e do lado direito de a , temos:
Substituindo os valores que conhecemos, lembrando que queremos temos:
Então temos que:
Passo 5
Agora vamos para o item .
Queremos achar o valor de e para . Como já vimos temos que:
O valor de já temos, precisamos achar o de que aí teremos o de .
Como no ramo onde passa só tem um resistor e a tenção no resistor é de , temos que:
Então para temos:
Com isso finalizamos a questão com sucesso!