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Anhanguera
30) Um professor de matemática do Ensino Superior, em uma disciplina de formação de professores, propõe uma atividade para conectar números complexos ao ensino de física no Ensino Médio. Ele apresenta o seguinte problema: "Em um circuito elétrico em corrente alternada, um resistor de 3 ? está conectado em série com um capacitor cuja reatância capacitiva é dada por XC = 1/(?C), onde ? é a frequência angular e C é a capacitância. Para ?C = 1/4, a reatância capacitiva é XC = 4 ?. A impedância do capacitor é representada por ZC = -4i ohms no plano complexo." "Em seguida, esse circuito em série é conectado em paralelo com outro resistor de 6 ?. A impedância total Ztotal do circuito é calculada pela fórmula da associação em paralelo: 1/Ztotal = 1/Z1 + 1/Z2, onde Z1 = 3 - 4i (impedância do ramo série) e Z2 = 6 (impedância do resistor em paralelo." Com base nessas informações, assinale a alternativa que expressa o módulo da impedância total |Ztotal| do circuito? Selecione uma alternativa: a) 2 b) 3 c) 5 d) 6 e) 10
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Viviane Santos de Morais

mês passado

Respostas

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mês passado

Vamos resolver o problema passo a passo. 1. Identificar as impedâncias: - Z1 = 3 - 4i (impedância do ramo em série) - Z2 = 6 (impedância do resistor em paralelo) 2. Calcular a impedância total Ztotal usando a fórmula da associação em paralelo: \[ \frac{1}{Z_{total}} = \frac{1}{Z_1} + \frac{1}{Z_2} \] Substituindo os valores: \[ \frac{1}{Z_{total}} = \frac{1}{3 - 4i} + \frac{1}{6} \] 3. Calcular \(\frac{1}{3 - 4i}\): Para simplificar, multiplicamos o numerador e o denominador pelo conjugado: \[ \frac{1}{3 - 4i} \cdot \frac{3 + 4i}{3 + 4i} = \frac{3 + 4i}{(3)^2 + (4)^2} = \frac{3 + 4i}{9 + 16} = \frac{3 + 4i}{25} = \frac{3}{25} + \frac{4}{25}i \] 4. Calcular \(\frac{1}{6}\): \[ \frac{1}{6} = \frac{1}{6} + 0i \] 5. Somar as duas frações: \[ \frac{1}{Z_{total}} = \left(\frac{3}{25} + \frac{4}{25}i\right) + \left(\frac{1}{6} + 0i\right) \] Para somar, precisamos de um denominador comum. O mínimo múltiplo entre 25 e 6 é 150: \[ \frac{3}{25} = \frac{18}{150}, \quad \frac{1}{6} = \frac{25}{150} \] Portanto: \[ \frac{1}{Z_{total}} = \left(\frac{18}{150} + \frac{25}{150}\right) + \left(\frac{4}{25}i\right) = \frac{43}{150} + \frac{4}{25}i \] Convertendo \(\frac{4}{25}\) para o denominador 150: \[ \frac{4}{25} = \frac{24}{150} \] Assim: \[ \frac{1}{Z_{total}} = \frac{43}{150} + \frac{24}{150}i \] 6. Calcular Ztotal: Para encontrar \(Z_{total}\), precisamos inverter a fração: \[ Z_{total} = \frac{150}{43 + 24i} \] Multiplicando pelo conjugado: \[ Z_{total} = \frac{150(43 - 24i)}{(43)^2 + (24)^2} = \frac{150(43 - 24i)}{1849 + 576} = \frac{150(43 - 24i)}{2425} \] 7. Encontrar o módulo |Ztotal|: O módulo de um número complexo \(a + bi\) é dado por \(\sqrt{a^2 + b^2}\). Portanto, precisamos calcular: \[ |Z_{total}| = \frac{150}{\sqrt{43^2 + 24^2}} = \frac{150}{\sqrt{1849 + 576}} = \frac{150}{\sqrt{2425}} \] Calculando \(\sqrt{2425}\): \[ \sqrt{2425} \approx 49.245 \] Assim: \[ |Z_{total}| \approx \frac{150}{49.245} \approx 3.05 \] Portanto, a alternativa que expressa o módulo da impedância total |Ztotal| do circuito é: b) 3.

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