Moyses - Curso de Física Básica, Electromagnetismo , Problema Resolvido 6.7


6.7) Uma bateria de fem $\varepsilon$ e resistência interna $r$ fornece corrente a um aparelho de resistência $R$. (a) Para que valor de $R$ a potência fornecida é máxima? (b) Para esse valor de $R$, qual é a relação entre o potencial fornecido e aquele dissipado na própria bateria?

(a) Notamos primeiro que o potencial ao longo do caminho fechado é nulo e dado por $$\varepsilon-ir-iR=0$$ Explicitando $i$ obtemos $$i=\frac{\varepsilon}{(r+R)}\ \ \ \ (1)$$ sabendo que a potência é $P=iv$ e o potencial entre as extremidades do resistor $R$ é $V=iR$ obtemos a potência dissipada pelo resistor $$P=Ri^2\ \ \ \ (2)$$ substituindo (1) em (2) obtemos $$P=\frac{R\varepsilon^2}{(r+R)^2}.\ \ \ \ (3)$$ Para obter o valor de $R$ que maximiza a potência $P(R)$ derivamos a expressão (3) e igualamos a zero. $$\frac{\partial P}{\partial R}=\frac{\varepsilon^2(r+R_{max})^2-2\varepsilon^2R_{max}(r+R_{max})}{(r+R_{max})^4}=0\Rightarrow $$ $$\varepsilon^2(r+R_{max})^2=2\varepsilon^2R_{max}(r+R_{max})\Rightarrow$$ $$\varepsilon^2(r+R_{max})=2\varepsilon^2R_{max}\Rightarrow$$ $$\varepsilon^2r=(2\varepsilon^2-\varepsilon^2)R_{max}\Rightarrow$$ $$R_{max}=r$$ (b) Pelo efeito Joule temos que $$P_b=ri^2$$ $$P_R=ri^2,$$ dessa forma a razão entre a potência da bateria $P_b$ e a dissipada pelo resistor $R$, $P_R$, é dado por $$\frac{P_b}{P_R}=1,$$ logo as potências são iguais.

Comentários

Postagens mais visitadas