Ano 2020#eletricidade#circuitos#resistencia#potencia#energia#fase2#discursiva

Sobre o tema

Circuitos com chaveamento sequencial são fundamentais em sistemas de controle e eletrônica de potência. Neste problema do IME, analisa-se uma rede de resistores alimentada por fonte de tensão constante, onde seis chaves ideais abrem e fecham em uma sequência temporal definida. A cada faixa de tempo, diferentes combinações de chaves alteram a resistência equivalente do circuito, variando a corrente e a potência fornecida pela fonte. O estudo exige cálculo de energia acumulada ao longo de vários ciclos, construção da curva de potência instantânea e proposição de um circuito equivalente com chaves permanentemente fechadas. Tópicos como resistência equivalente, potência instantânea e energia elétrica são essenciais para resolver questões desse tipo, comuns em vestibulares militares.

Tópicos relacionados

  • Circuitos de chaveamento sequencial
  • Cálculo de energia em circuitos elétricos
  • Curva de potência versus tempo
  • Configuração equivalente de resistores
  • IME prova de física

Enunciado

Um circuito e composto por uma fonte de tensao constante que alimenta resistores por intermedio de seis chaves. As chaves estao inicialmente abertas e mudam de estado sequencialmente nas faixas de tempo da tabela ate concluir um ciclo completo. Sequencia: faixa 01: Ch01 fecha; faixa 02: Ch01 abre, Ch02 fecha; faixa 03: Ch01 fecha; faixa 04: Ch01 e Ch02 abrem, Ch03 fecha; faixa 05: Ch03 abre e Ch04 fecha; faixa 06: Ch03 fecha; faixa 07: Ch03 e Ch04 abrem, Ch05 fecha; faixa 08: Ch05 abre e Ch06 fecha; faixa 09: Ch05 fecha; faixa 10: Ch01, Ch02, Ch03, Ch04 fecham. Observacoes: as chaves sao ideais; todas as faixas possuem a mesma duracao; o ciclo se repete 10 vezes por minuto; a mudanca de estado das chaves acontece sempre, instantaneamente, no inicio de cada faixa de tempo; e todas as chaves sao abertas instantaneamente no final da faixa de tempo 10. Diante do exposto, pede-se: a) a energia fornecida pela fonte, em joules, em 10 minutos; b) a curva de potencia (Watt) em funcao do tempo (segundo), fornecida pela fonte durante um ciclo completo; e c) uma alternativa de configuracao do circuito que, com chaves permanentemente fechadas, implica em um consumo de energia desde t=0 ate t=10 min igual ao consumo obtido no item a).

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Perguntas frequentes

O que é um circuito de chaveamento sequencial?

É um circuito onde chaves ideais abrem e fecham em uma ordem temporal pré-definida, alterando a topologia da rede e, consequentemente, a corrente e a potência em cada instante.

Como calcular a energia fornecida por uma fonte em um circuito com chaves?

A energia é a integral da potência instantânea ao longo do tempo. Para cada faixa, calcula-se a potência (V²/R_eq) e multiplica-se pela duração da faixa, somando os resultados de todas as faixas e ciclos.

Qual a importância das chaves ideais em circuitos elétricos?

Chaves ideais têm resistência zero quando fechadas e infinita quando abertas, simplificando a análise teórica sem perdas ôhmicas, focando apenas nos efeitos de comutação.

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