Autor Tema: Corriente en el inductor.

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07 Diciembre, 2009, 09:06 pm
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mrscad

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Buenas una colaboracion con este ejercicio.

El interruptor en la figura se cierra en un tiempo t=0. Encuentre la corriente en el inductor y la corriente a través del interruptor como funciones del tiempo.



Saludos y gracias

Buenas despues de darle lata al ejercicio he llegado a este resultado, pero no se como resolver esta ecuacion, podrian ayudarme, me han dicho que es una ecuacion diferencial, pero igual no he llevado la materia.

\( ( 1.00 H)\displaystyle\left(\frac{dI_3}{dt}\right)+(10.0\Omega)I_3 = 5.00 V \)

Les agradezco cualquier ayuda.

Saludos.
El futuro mostrará los resultados y juzgará a cada uno de acuerdo a sus logros.
Nikola Tesla

13 Junio, 2024, 04:31 pm
Respuesta #1

AlbertR

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Se puede resolver por varios métodos. Aquí en primer lugar hallaremos el equivalente Thevenin del circuito que ve la bobina, circuito (1) de la imagen. Aplicamos "divisor de tensión" y obtenemos

\( U_{th}=10 \dfrac{R_2}{R_1+R_2}=10\dfrac 4{4+4} \)

\( U_{th}=5 \, V \)

Cortocircuitamos la fuente de tensión de 10 V en el circuito (1) para calcular la resistencia de Thevenin

\( R_{th}=R_3+(R_1 \vert \vert R_2)=8+(4 \vert \vert 4) \)

\( R_{th}=10 \, \Omega \)

Aplicamos el equivalente de Thevenin a la bobina, circuito (2) de la imagen

\( U_{th}=R_{th} i_3 + L \dfrac{di_3}{dt} \)

\( 5=10 i_3 + 1 \dfrac{di_3}{dt} \)

Ecuación diferencial lineal de primer orden que coincide con la que había obtenido @mrscad

Separamos variables:

\( dt=\dfrac{di_3}{5-10i_3} \)

Integramos ambos miembros y despejamos la corriente:

\( i_3(t)=\dfrac 1 2 +C e^{-10 t} \)

Para calcular la constante de integración imponemos la condición inicial \( i_3(0)=0 \) y obtenemos

\( \boxed{i_3(t)=\dfrac 1 2 (1-e^{-10 t})} \)

El paso siguiente es calcular la tensión U en el nudo mirando el circuito completo (3) en la imagen

\( U=8 i_3 + 1 \dfrac{di_3}{dt} \)

Derivamos la corriente:

\( \dfrac{di_3}{dt}=5 e^{-10 t} \)

Calculamos la tensión

\( U=\dfrac 8 2 (1-e^{-10 t}) + 5 e^{-10 t} \)

\( U=4 + e^{-10 t} \)

Calculamos la corriente que pasa por la fuente de tensión (que es la misma que pasa por el interruptor que pide el enunciado) :

\( i_1=\dfrac{10-U}{R_1} \)

\( i_1=\dfrac{10-(4 + e^{-10 t})}4 \)

\( \boxed{i_1(t)=\dfrac 3 2-\dfrac{e^{-10t}}4} \)

Saludos.

17 Junio, 2024, 10:59 am
Respuesta #2

AlbertR

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Otra opción de resolución del ejercicio es plantearlo en el dominio operacional (transformada de Laplace) como se observa en el circuito adjunto. En primer lugar hallamos la tensión U aplicando el método de los nudos, (basado en la primera ley de Kirchhoff)

\( I_1=I_2+I_3 \)

\( \dfrac{\dfrac{10}{s}-U}{4}=\dfrac U 4 + \dfrac U{8+s} \)

Despejamos la incógnita:

\( U=\dfrac{5(s+8)}{s(s+10)} \)

La corriente por el generador de tensión.

\( I_1=\dfrac{\dfrac{10}{s}-U}{4} \)

Sustituyendo y operando:

\( I_1=\dfrac{5(s+12)}{4 s (s+10)} \)

Descomponiendo en fracciones simples.

\( I_1=\dfrac 3{2s}-\dfrac 1{4(s+10)} \)

La transformada inversa de Laplace

\( \boxed{i_1(t)=\dfrac 3 2 -\dfrac 1 4 e^{-10 t}} \)

La corriente por la bobina:

\( I_3=\dfrac U{8+s} \)

\( I_3=\dfrac 5{s(s+10)} \)

Descomponiendo en fracciones simples.

\( I_3=\dfrac 1{2s}-\dfrac 1{2(s+10)} \)

La transformada inversa de Laplace

\( \boxed{i_3(t)=\dfrac 1 2 -\dfrac 1 2 e^{-10 t}} \)

Saludos.