Alternativa B
A questão aborda o comportamento transitório de um circuito RL série (Resistor-Indutor) conectado a uma fonte de corrente contínua. Para resolver, precisamos analisar o que acontece com o indutor nos momentos inicial (t=0) e final (t \to \infty) após fechar a chave.
Análise do Comportamento do Indutor
Um indutor possui a propriedade de se opor a qualquer mudança na corrente que passa por ele. Isso é descrito pela lei fundamental dos indutores:
V_L = L \cdot \frac{di}{dt}
Onde V_L é a tensão no indutor, L é a indutância e \frac{di}{dt} é a taxa de variação da corrente.
1. Momento Inicial (t = 0)
No instante exato em que a chave é fechada, a corrente no indutor não pode mudar instantaneamente de zero para um valor finito. Portanto:
- A corrente inicial é zero (i = 0).
- Como a corrente é zero, o indutor se comporta como um circuito aberto (não permite passagem de corrente imediata).
- Pela Lei das Tensões de Kirchhoff, toda a tensão da fonte cairá sobre o indutor (já que a queda no resistor é R \cdot 0 = 0). Logo, a tensão inicial no indutor é igual à tensão da fonte (V_L = U).
Análise das afirmativas:
- I. "A tensão inicial no indutor é inicialmente nula": Incorreta. A tensão inicial é máxima e igual à fonte (U).
- II. "O indutor comporta-se como um circuito aberto inicialmente": Correta. Devido à oposição à variação de corrente, ele impede a passagem de corrente no início, agindo como um circuito aberto.
2. Estado Estacionário (t \to \infty)
Após um tempo suficiente, a corrente atinge seu valor máximo constante (I = U/R).
- Quando a corrente é constante, a taxa de variação é zero (\frac{di}{dt} = 0).
- Consequentemente, a tensão no indutor torna-se zero (V_L = 0).
- O indutor atua como um curto-circuito (um fio ideal).
Análise da afirmativa:
- III. "Após carregar-se completamente a tensão no indutor é igual a U": Incorreta. Em regime permanente, a tensão no indutor é zero.
Conclusão
Somente a afirmativa II descreve corretamente o comportamento físico do circuito. As afirmativas I e III apresentam conceitos invertidos sobre a tensão no indutor.
Alternativa B