Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 30.Problemas - Ex. 57
57. Alarme veicular eletromagnético. A sua mais recente invenção é um alarme para carros que produz um som a uma frequência particularmente perturbadora de . Para fazer isso, o circuito desse alarme deve produzir uma corrente elétrica alternada com a mesma frequência. Por esse motivo, seu projeto inclui um indutor e um capacitor em série. A voltagem máxima através do capacitor deve ser de (a mesma voltagem da bateria do carro). Para produzir um som suficientemente alto, o capacitor de armazenar de energia. Quais valores de capacitância e indutância você deve escolher para o circuito do seu alarme para carros?
Passo 1
Em uma parte do problema o enunciado já foi bem legal com a gente.
Porque uma das coisas que ele quer é a capacitância do capacitor, sendo que ele já nos deu a energia armazenada no capacitor e a voltagem entre as placas, então basta usar a fórmula de energia do capacitor dada por:
Então basta isolar a capacitância e substituir os valores que temos.
Agora para achar a indutância, vamos ter que trabalhar mais um pouco.
O enunciado nos deu a frequência do barulho do alarme e ele fala que a corrente do circuito deve ter a mesma frequência.
O livro nos dá uma fórmula onde podemos achar a frequência angular da corrente em um circuito desse tipo, a fórmula é a seguinte:
E lembrando de uma relação bastante conhecida que relaciona frequência e frequência angular.
Então ficamos com:
Com essa nova expressão conseguimos achar a frequência da corrente no circuito, então basta colocar o valor de que queremos e isolar para achar seu valor.
Passo 2
Vamos primeiro achar o valor da capacitância, temos que:
Isolando , temos:
Substituindo os valores que conhecemos, temos:
Então temos que:
Ou de uma forma mais bonitinha:
Passo 3
Agora vamos achar a indutância, temos que:
Vamos primeiro isolar , temos:
Substituindo os valores que conhecemos, temos:
Então temos que: