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Eletromagnetismo

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A queda de tensão em um capacitor com capacitância C é dada por q/Ci, onde q é a carga no capacitor. Assim sendo, para o circuito em série mostrado na figura abaixo, a segunda lei de kirchhoff nos dá Mas a corrente i e a carga q estão relacionadas por i=dq/dt, dessa forma, a equação acima transforma-se na equação diferencial: Com base nessas informações, suponha que um capacitor de 1 farads mantenha uma carga inicial de Q coulombs. Para alterar a carga, uma fonte de tensão constante de 200 volts é aplicada por uma resistência de 4 ohms. Qual a carga do capacitor para t>0, ou seja, qual a solução geral sem determinar as constantes por meio de uma condição inicial? A q ( t ) = 200 + 100 e − t / 4 ???? ( ???? ) = 200 + 100 ???? − ???? / 4 B q ( t ) = 100 + k e − t / 4 ???? ( ???? ) = 100 + ???? ???? − ???? / 4 C q ( t ) = 200 + 200 e − t / 4 ???? ( ???? ) = 200 + 200 ???? − ???? / 4 D q ( t ) = 200 + k e − t / 4 ???? ( ???? ) = 200 + ???? ???? − ???? / 4
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Edi Dalla Lastra

ano passado

Respostas

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há 6 meses

Para resolver essa questão, precisamos entender como a carga em um capacitor se comporta em um circuito RC (resistor-capacitor) quando uma tensão constante é aplicada. A equação diferencial que descreve a carga \( q(t) \) em um capacitor em um circuito RC é dada por: \[ \frac{dq}{dt} = \frac{V - q/C}{R} \] onde \( V \) é a tensão da fonte, \( R \) é a resistência, e \( C \) é a capacitância. No seu caso, temos: - \( V = 200 \) volts - \( R = 4 \) ohms - \( C = 1 \) farad A solução geral da equação diferencial para a carga em um capacitor em um circuito RC é da forma: \[ q(t) = V + (q_0 - V)e^{-t/(RC)} \] onde \( q_0 \) é a carga inicial no capacitor. Como a carga inicial não foi especificada, podemos representá-la como uma constante \( k \). Substituindo os valores: \[ q(t) = 200 + (k - 200)e^{-t/4} \] Assim, a forma geral da solução, sem determinar as constantes por meio de uma condição inicial, é: \[ q(t) = 200 + k e^{-t/4} \] Portanto, a alternativa correta é: D) \( q(t) = 200 + k e^{-t/4} \)

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ano passado

Analisando a equação diferencial fornecida e as informações do problema, podemos chegar à solução correta. A queda de tensão em um capacitor com capacitância C é dada por q/C, onde q é a carga no capacitor. A corrente i e a carga q estão relacionadas por i=dq/dt. Para o circuito em série com a fonte de tensão constante de 200 volts e resistência de 4 ohms, a equação diferencial que descreve a carga do capacitor é dq/dt + (1/4)q = 50. A solução geral dessa equação diferencial é dada por q(t) = 200 + ke^(-t/4), onde k é uma constante a ser determinada pelas condições iniciais. Portanto, a alternativa correta é: D) q(t) = 200 + ke^(-t/4)

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