CAPACITORES: ESTUDO DO REGIME TRANSITÓRIO

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1 LISTA DE EXERCÍCIOS IFES - CAMPUS CACHOEIRO DE ITAPEMIRIM CAPACITORES: ESTUDO DO REGIME TRANSITÓRIO Aluno: 1) Utilizando a figura a seguir como referência, responda: a) Explique como se dá o processo de carga num capacitor. b) Explique porque diz-se que o capacitor é um componente que armazena energia elétrica. c) Explique porque diz-se que o capacitor não aceita variação brusca de tensão. 2) Para o circuito desta questão, pede-se: a) Determine a constante de tempo do circuito. b) Escreva a equação matemática para a tensão v C, depois que a chave é c) Determine a tensão v C, depois de transcorrida uma, três e cinco constantes de tempo. d) Escreva as equações para a corrente i C e a tensão v R. e) Faça um esboço das formas de onda de v C e i C. 3) Repita o problema anterior para R = 1MΩ e faça uma comparação dos resultados. 4) Para o circuito desta questão, pede-se: a) Determine a constante de tempo do circuito. b) Escreva a equação matemática para a tensão v C, depois que a chave é c) Determine a tensão v C, depois de transcorrida uma, três e cinco constantes de tempo. d) Escreva as equações para a corrente i C e a tensão v R. e) Faça um esboço das formas de onda de v C e i C. <[email protected]> 1

2 5) Para o circuito desta questão, pede-se: a) Determine a constante de tempo do circuito. b) Escreva a equação matemática para a tensão v C, depois que a chave é c) Escreva as equações para a corrente i C e a tensão v R. d) Faça um esboço das formas de onda de v C e i C. 6) Para o circuito desta questão, pede-se: a) Determine a constante de tempo do circuito. b) Escreva a equação matemática para a tensão v C, depois que a chave é c) Escreva as equações para a corrente i C e a tensão v R. d) Faça um esboço das formas de onda de v C e i C. 7) Para o circuito desta questão, pede-se: a) Determine a constante de tempo do circuito quando a chave é colocada na posição 1. b) Determine a expressão matemática para a tensão entre os terminais do capacitor após a chave ter sido colocada na posição 1. c) Determine a expressão matemática para a corrente depois que a chave é fechada (posição 1). d) Determine a tensão v C e a corrente i C se a chave é colocada na posição 2 em t = 100 ms. e) Determine a tensão v C e a corrente i C se a chave é colocada na posição 3 em t = 200 ms. f) Trace as formas de v C e i C para o intervalo de t = 0 até t = 300 ms. <[email protected]> 2

3 8) Para o circuito desta questão pede-se: a) Determine a expressão matemática para a tensão entre os terminais do capacitor depois que a chave for colocada na posição 1. b) Repita o item (a) para a corrente i C. c) Determine as expressões matemáticas para a tensão v C e a corrente i C se a chave for colocada na posição 2 e decorrer um tempo igual a cinco constantes de tempo do circuito de carga. d) Trace as formas de onda de v C e i C para o intervalo de tempo t = 0 até t = 30 µs. 9) O capacitor da figura desta questão está inicialmente carregado, tendo uma tensão de 40 V antes que a chave seja Escreva as expressões para as tensões v C e v R e para a corrente i C durante a fase de descarga. 10) O capacitor de 1000 µf está carregado com 6 V. Para descarregar o capacitor antes de utilizá-lo, um fio com uma resistência de 0,002 Ω foi conectado entre os terminais do capacitor. a) Quanto tempo será necessário para descarregar o capacitor? b) Qual o valor máximo da corrente? c) Com base na resposta do item (b), é de se esperar que ocorra uma centelha quando o fio for conectado aos terminais do capacitor? 11) O capacitor mostrado na figura desta questão está carregado inicialmente com 3 V, com a polaridade indicada. a) Encontre as expressões matemáticas para a tensão v C e a corrente i C depois que a chave é b) Esboce as formas de onda de v C e i C. <[email protected]> 3

4 12) O capacitor mostrado na figura desta questão está carregado inicialmente com 12 V, com a polaridade indicada. b) Esboce as formas de onda de v C e i C. a) Determine as expressões matemáticas para a tensão v C e a corrente i C depois que a chave é t 13) Dada a expressão: ( ) 6 = v C 8 1 e a) Determine vc após cinco constantes de tempo b) Determine vc após 10 constantes de tempo c) Determine vc em t = 5 µs. 14) Para o circuito desta questão, pede-se: a) Determine o tempo necessário para v C chegar a 60 V, após o fechamento da chave. b) Calcule a corrente i C nos instante em que v C = 60 V. c) Determine a potência fornecida pela fonte no instante t = 2τ. 15) Para o circuito desta questão, pede-se: a) Calcule v C, i C e v R1, para 0,5 s e 1 s após a chave ser colocada na posição 1. b) A chave fica na posição 1 durante 10 minutos e depois é colocada na posição 2. Quanto tempo, após a chave ser colocada na posição 2, passará até que a corrente i C atinja o valor de 8 µa? Mais quanto tempo passará até que a tensão v C atinja o valor de 10 V? <[email protected]> 4

5 16) Para o sistema visto na figura desta questão, usando um multímetro digital com resistência interna de 10 MΩ, no modo voltímetro: a) Determine a leitura do voltímetro que é lido uma constante de tempo após a chave ser b) Determine a corrente i C duas constantes de tempo após a chave ser c) Calcule o tempo que tem de decorrer, após o fechamento da chave, para que a tensão v C seja de 50 V. 17) Calcule a capacitância total entre os pontos a e b dos circuitos a seguir: 18) Calcule a tensão entre os terminais dos capacitores e sua carga para os circuitos a seguir: <[email protected]> 5

6 19) Um flash eletrônico utiliza um capacitor de 1000 µf que é carregado com 100 V. a) Qual a energia armazenada no capacitor? b) Qual é a carga do capacitor? c) Quando o fotógrafo tira uma foto, o flash dispara por 1/2000s. Qual a corrente média na lâmpada do flash? d) Determine a potência fornecida à lâmpada do flash. e) Depois que uma fotografia é tirada, o capacitor tem de ser recarregado por uma fonte que fornece uma corrente máxima de 10 ma. Quanto tempo o capacitor leva pare ser recarregado? 20) Para o circuito desta questão, pede-se: a) Determine a energia armazenada por cada capacitor no estado estacionário. b) Repita o item (a) para o caso de os capacitores estarem conectados em série. DESAFIO: (1,0 ponto) Utilize o OCTAVE para criar um programa que, dados três capacitores em qualquer configuração série-paralelo, escreva um programa para determinar a capacitância total. Ou seja, determine o número total de possibilidades e solicite ao usuário do programa que identifique a configuração e forneça os valores dos capacitores. Em seguida calcule a capacitância total. <[email protected]> 6