ATV 3 FÍSICA ONDAS

Prévia do material em texto

ATV 3 FÍSICA ONDAS, ELETRICIDADE E MAGNETISMO
Na figura abaixo, é possível visualizar um esquema de um circuito RC em série. Ligando a chave em a, a fonte começa a alimentar o circuito e o capacitor começa a se carregar. Descreva, matematicamente, mostrando todos os passos, a partir da variação de potencial no circuito (Lei de Kirchhoff), a carga armazenada no capacitor após um tempo-limite. 
Um capacitor é um elemento do circuito elétrico responsável pelo acúmulo de cargas para liberá-la no momento certo.
Um circuito composto de um resistor e de um capacitor e uma força eletromotriz, é denominado circuito RC. Na figura (01.a) a representação esquemática deste tipo de circuito. A figura (01.b) representa o mesmo circuito em termos das diferenças de potencial nos pontos do circuito.
												 Fonte: Info escola, 2021.
Há uma diferença de potencial nas extremidades do resistor e também nas extremidades do capacitor. Isto deve-se a queda de tensão gerada por cada um destes dispositivos. Sabe-se que, segundo a lei das malhas de Kirchoff, que a soma das diferenças de potencial para qualquer circuito fechado é nula. Se o circuito for de duas malhas ou mais a soma também é nula, pois cada ramificação em particular é fechada. Isto equivale a dizer que a soma das intensidades das tensões positivas é igual a soma das intensidades das tensões negativas. Matematicamente, podemos escrever:
U1 – U2 – U3 = 0                    (1.a)
No circuito, U1 é a tensão da bateria.
A 1ª lei de Ohm diz:
U = i.R                                  (2.a)
Então podemos escrever, para o resistor:
U2 = i.R                                 (3.a)
E para o capacitor:
U3 = q/C                                (4.a)
Inserindo as duas últimas equações na primeira, obtemos:
U1 – i.R – q/C = 0                   (1.b)
Sabemos que a corrente elétrica no circuito é dada por:
Desta forma, podemos reescrever a equação (5) como se segue:
U1 é a força eletromotriz no circuito, que podemos chamar ε. Desta forma, teremos:
Neste caso, temos uma pequena dificuldade em resolver a equação, pois temos um termo derivado em relação ao tempo enquanto o outro termo aparece em sua forma normal. Para solucionar isto separamos os termos dq/dt e q/c. Assim, teremos como resolver aplicando a função logarítmica, como se segue:
Temos então uma equação diferencial, que podemos resolver integrando nos elementos dq e dt.
Observe que essa exponencial depende da capacidade do capacitor, da força eletromotriz e do tempo característico, sendo que este último é dependente da resistência e da capacidade do respectivo capacitor. Através desta expressão, é possível determinar a frequência de ressonância do circuito, fator muito aplicável em circuitos eletrônicos, principalmente em receptores de rádio, de TV, entre outros. Nos antigos receptores de rádio o sintonizador da frequência manipula a variação da capacidade de um capacitor variável, de modo que possa mudar a frequência para que está entre em ressonância com a frequência desejada, capturando o sinal enviado pela respectiva emissora.
A intensidade da corrente elétrica num instante t é dada pela derivada temporal desta função carga q:
A partir desta expressão podemos verificar a validade da equação (1.d)
A constante de tempo de um circuito RC é o intervalo de tempo necessário tanto para a carga do capacitor via resistor R até 63,2% da carga total como para a descarga até 37,8¨% da carga, conforme mostra a figura. As fórmulas seguintes são usadas nos cálculos de constantes de tempo.
Referências 
bibliográficas:
HALLIDAY, David, RESNIK Robert, KRANE, Denneth S. Física 3, volume 2, 5 Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004. 384 p.