Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 30.Problemas - Ex. 68
68. No circuito indicado na Figura , , , e . A chave está fechada. Em um instante posterior, a corrente no indutor está crescendo com uma taxa . Nesse instante qual é a corrente que passa em e qual é a corrente que passa em ? (Sugestão: análise duas espiras separadas: uma contendo e e a outra contendo e .) A seguir, a chave é mantida fechada durante um tempo muito longo e depois é aberta. Logo depois de ela ser aberta, qual é a corrente que passa em ?
Passo 1
Bem, basicamente para resolver esse problema temos que usar a lei de Ohm, só teremos condições diferentes para cada situação descrita no enunciado.
Primeiro para o que é pedido no item , utilizando a sugestão dada temos que para achar , basta aplicar a lei de Ohm no resistor, assim temos que:
Como conhecemos a fem e basta isolar e calculá-lo.
Para achar podemos aplicar a lei de das malhas para a espira que contém o resistor e o indutor, que teremos que:
Assim é só isolar , mas como achamos ?
Bem, é tensão no indutor que pode ser encontrada através da seguinte fórmula:
E ainda bem que o enunciado nos deu a taxa de variação da corrente no instante que ele quer saber as coisas.
Agora para a situação do item , temos que notar que o interruptor estando fechado por muito tempo e depois sendo aberto, nessa primeira parte dele fechado por muito tempo quando temos que a tenção no indutor vai a , pois a tensão no indutor é dada por:
Sendo que:
E para indo para o infinito temos que , logo , assim temos que o indutor funciona como um fio.
Com isso a tensão desse ramo ficou restrita ao resistor então pela lei de Ohm temos como achar a corrente nesse ramo, assim:
Depois que a chave é aberta, meio que perdemos contado com a fem, logo ela para de fornecer corrente para o circuito.
Mas imediatamente após a chave ser aberta a corrente do circuito não deu tempo de zerar ainda, então essa é a corrente que vai passar por nesse instante.
Passo 2
Vamos encontrar primeiro a corrente que passa por para o caso do item , temos que:
Isolando , temos:
Substituindo o que sabemos temos:
Passo 3
Agora vamos achar para depois usarmos ele para encontrar , temos que:
Substituindo os valores que sabemos temos:
Então vamos pegar a equação que temos no passo dada por:
Isolando temos:
Agora substituindo os valores que temos ficamos com:
Passo 4
Agora vamos encontrar o que o item quer, temos que:
Isolando , ficamos com:
Substituindo o que conhecemos, temos:
Logo a corrente que passa por é .