Prova de Eletrotécnica - Questões e Respostas sobre Circuitos RC e Resistências

1ª Prova de Eletrotécnica 1ª QUESTÃO Valor 20 pts Responda de forma clara e objetiva as perguntas de 1 a 7 1 Defina com suas próprias palavras o que é força elétrica 2 O que vem a ser o ponto de terra em circuitos elétricos 3 O que significa comportamento ôhmico de uma resistência elétrica 4 As lampadas que iluminam os ambientes de nossas casas são conectadas em série ou em paralelo Justifique sua resposta 5 O que é reatância capacitiva 2ª QUESTÃO Valor 30 pts De acordo com o circuito RC da Figura 1 responda 1 Considere um circuito RC série ligado a uma fonte de tensão contínua E e a uma chave S aberta conforme ilustra a imagem abaixo responda Figura 1 Circuito RC a Qual o comportamento da corrente i que aparece no circuito RC após a chave S ser ligada Descreva textualmente e ilustre graficamente b Qual o comportamento da tensão no resistor Vr que aparece no circuito RC após a chave S ser ligada Descreva textualmente e ilustre graficamente c Qual o comportamento da tensão no capacitor Vc que aparece no circuito RC após a chave S ser ligada Descreva textualmente e ilustre graficamente 2 Faça uma análise gráfica do circuito RC ilustrado na questão anterior durante a carga do capacitor em relação aos tempos t0 ttau t2tau t3tau t4tau e t5tau a Para a tensão no resistor Vr b Para a tensão no capacitor Vc c Para a corrente i 3 Faça uma análise matemática do circuito RC ilustrado na questão anterior durante a carga do capacitor em relação aos tempos t0 ttau t2tau t3tau t4tau e t5tau considerando R 100kΩ C 47μF e E 10V a Para a tensão no resistor Vr b Para a tensão no capacitor Vc c Para a corrente i 3ª QUESTÃO Valor 30 pts De acordo com o circuito da Figura 2 e sabendo que E é a tensão da fonte de alimentação do circuito responda A B Figura 2 Circuito com resistores em serie e em paralelo a Qual será o valor da corrente I1 que sai da fonte de alimentação E em função de suas variáveis R1 R2 R3 e R4 b Supondo que R2 fosse retirado do circuito quais seriam os supostos valores de R1 R3 e R4 para que a tensão no ponto A fique com 6 Volts e no ponto B com 3 Volts considerando a fonte E com 12 Volts c Se o objetivo do circuito fosse apenas trabalhar com divisores de tensão quais resistores deveriam ser retirados Por quê Explique 4ª QUESTÃO Valor 20 pts De acordo com o circuito da Figura 3 determine a potência dissipada pelo resistor R5 sabendo que I2 é igual a 120mA Sabendo que E 42V R1 R3 R4 R5 100 Ohms e R2 150 Ohms Figura 3 Circuito R misto 1 QUESTÃO 1 Força elétrica é uma propriedade das partículas elétricas causada pelo campo elétrico gerado por cada partícula Assim para cargas de mesma polaridade a força elétrica é no sentido de repulsão e para cargas de polaridades opostas a força elétrica é no sentido de atração 2 O ponto de terra é um ponto em comum em um circuito elétrico que é definido como o ponto de referência assim o ponto de terra é definido com o potencial de 0V 3 A resistência elétrica tem a propriedade de barrar a passagem de corrente elétrica de acordo com a tensão aplicada nos terminais de um dispositivo O comportamento ôhmico ocorre quando a relação entre tensão aplicada e corrente fluindo é linear ou seja se para um incremento de tensão houver um incremento de corrente proporcional o elemento em análise possui um comportamento ôhmico 4 As lâmpadas são fabricadas para receberem uma tensão padronizada assim para que a tensão de alimentação desses dispositivos não se altere devem ser dispostas em paralelo pois nesta configuração todos os elementos recebem a mesma tensão Para uma conexão em série a tensão iria se dividir de acordo com o teorema do divisor de tensão assim quanto maior o número de lâmpadas menor seria a tensão em cada uma Portanto as lâmpadas de nossas casas são conectadas em paralelo 5 A reatância capacitiva é a impedância provocada pelo capacitor ou seja é característica que impede a passagem de corrente elétrica em um capacitor A reatância capacitiva não é constante varia conforme a frequência Para baixas frequências a reatância capacitiva é bastante alta e para altas frequências a reatância capacitiva é bastante baixa 3 a Determinando a constante de tempo 𝛕 RC 100k 47 μ 47 Ω A tensão no resistor será di ϑRt E et𝛕 ϑRt 10 et47 Para t0 ϑR0 10 e0 ϑR0 10 V Para t 𝛕 ϑR𝛕 10 e1 ϑR𝛕 368 V Para t 2𝛕 ϑR2𝛕 10 e2 ϑR2𝛕 135 V Para t 3𝛕 ϑR3𝛕 10 e3 ϑR3𝛕 05 V Para t 4𝛕 ϑR4𝛕 10 e4 ϑR4𝛕 018 V Para t 5𝛕 ϑR5𝛕 10 e5 ϑR5𝛕 006 V b Determinando Vct Vct E E et𝛕 Vct 10 10 et47 Para t0 Vc0 10 10 e0 Vc0 0 V Para t𝛕 Vc𝛕 10 10 e1 Vc𝛕 632 V Para t2𝛕 Vc2𝛕 10 10 e2 Vc2𝛕 864 V Para t 3𝛕 Vc3𝛕 10 10 e3 Vc3𝛕 95 V Para t4𝛕 Vc4𝛕 10 10 e4 Vc4𝛕 982 V Para t5𝛕 Vc5𝛕 10 10 e5 Vc5𝛕 993 V c Determinando i it ER et𝛕 it 10100k et47 01 m et47 Para t0 i0 01 m e0 i0 01 m A Para t𝛕 i𝛕 01 m e1 i𝛕 00368 m A Para t2𝛕 i2𝛕 01 m e2 i2𝛕 00135 m A Para t3𝛕 i3𝛕 01 m e3 i3𝛕 0005 m A Para t4𝛕 i4𝛕 01 m e4 i4𝛕 00018 m A Para t5𝛕 i5𝛕 01 m e5 i5𝛕 00006 m A 3a Associando os resistores R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 R2 R3 R4 R2 R3 R4 R1 R2 R1 R3 R1 R4 R2 R3 R2 R4 R2 R3 R4 Logo por lei de ohm I1 E Req I1 E R2 R3 R4 R1 R2 R1 R3 R1 R4 R2 R3 R2 R4 b Sem R2 os resistores R1 R3 e R4 estão em série Aplicando o divisor de tensão VA R3 R4 R1 R3 R4 12 6 R1 R3 R4 R3 R4 2 VB R4 R1 R3 R4 12 3 R1 R3 R4 R4 4 Escolhendo R1 R3 R4 120 teremos R4 R1 R3 R4 4 120 4 R4 30 Ω R3 R4 R1 R3 R4 2 120 2 R3 60 30 R3 30 Ω Logo R1 120 60 R1 60 Ω Portanto R1 60 Ω R3 30 Ω R4 30 Ω e O resistor R2 deve ser retirado pois esse elemento está em paralelo Assim ao retirar R2 os demais resistores estarão em série propiciando o divisor de tensão 4 42 V Primeiro associamos os resistores de R3 R4 e R5 100 100100 100 50 150 Ω Logo Por divisor de correntes 120 mA 150 150 150 I3 120 mA 120 mA 12 I3 120 mA I32 120 mA 12 120 mA I32 60 mA I3 120 mA Para determinar I5 aplicamos o divisor de corrente mais uma vez I5 100 100 100 120 mA I5 12 120 mA I5 60 mA Finalmente determinando a potência Ps Rs I52 Ps 100 60 1032 Ps 036 W Ps 360 mW