Villate-7-1: Um flash fotográfico típico fornece 2 kW durante aproximadamente 2 ms .Essa energia é obtida descarregando um condensador de
. (a) Até que diferença de potencial deverá ser carregado o condensador? (b) Se o condensador fosse substituído por outro de
, até que diferença de potencial deveria ser carregado? © Qual seria a desvantagem em usar o condensador com maior capacidade?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um flash fotográfico que libera 2 kW de potência durante aproximadamente 2 milissegundos. Essa energia é fornecida descarregando um capacitor de
. Vamos precisar usar os conceitos de energia armazenada em capacitores e a relação entre potência, energia e tempo para resolver as partes (a) e (b). Na parte ©, vamos discutir as desvantagens de usar um capacitor de maior capacidade.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a energia total fornecida pelo flash. Sabemos que potência (
) é igual à energia (
) dividida pelo tempo (
):
Queremos encontrar a energia, então rearranjamos a fórmula:
Substituindo os valores dados:
Então, a energia fornecida pelo flash é de 4 joules.
Passo 3
Agora, vamos relacionar essa energia com a energia armazenada no capacitor. A energia armazenada em um capacitor é dada pela fórmula:
Onde:
-
é a energia armazenada (em joules), -
é a capacitância (em farads), -
é a diferença de potencial (em volts).
Queremos encontrar a diferença de potencial
, então rearranjamos a fórmula:
Passo 4
Para a parte (a), com um capacitor de
(
):
Portanto, a diferença de potencial deverá ser de 400 volts.
Passo 5
Para a parte (b), se substituirmos por um capacitor de
(
):
Então, a diferença de potencial deverá ser aproximadamente 179 volts.
Passo 6
Na parte ©, precisamos discutir a desvantagem de usar um capacitor com maior capacidade. Usar um capacitor de maior capacitância, como o de
, resulta em uma menor diferença de potencial necessária para armazenar a mesma quantidade de energia. No entanto, as desvantagens incluem:
- Tamanho e Peso: Capacitores maiores geralmente são fisicamente maiores e mais pesados, o que pode não ser ideal para dispositivos portáteis.
- Custo: Capacitores de maior capacidade tendem a ser mais caros.
- Tempo de Carga: Pode levar mais tempo para carregar capacitores maiores até a tensão necessária.
- Eficiência de Descarga: Em alguns casos, capacitores maiores podem não descarregar a energia tão rapidamente quanto os menores, o que pode afetar a performance do flash.
Resposta
(a) A diferença de potencial deve ser de 400 volts.
(b) A diferença de potencial deve ser aproximadamente 179 volts.
© A desvantagem de usar um capacitor com maior capacidade inclui aumento no tamanho e peso, maior custo, tempo de carga mais longo e potencialmente menor eficiência na descarga rápida da energia necessária para o flash.
(b) A diferença de potencial deve ser aproximadamente 179 volts.
© A desvantagem de usar um capacitor com maior capacidade inclui aumento no tamanho e peso, maior custo, tempo de carga mais longo e potencialmente menor eficiência na descarga rápida da energia necessária para o flash.