Yunus A Engel William J Palm Iii (9)
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Capítulo 5 - Equações Diferenciais Lineares: Coeficientes Variáveis

Yunus A. Çengel; William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

5

Equações D ifere n c ia is

L i neares: C oefic ie n te s

Vari áveis

OBJETIVOS

A

té agora, estudamos equações diferenciais com coeficientes constantes porque muitas delas podem ser resolvidas de forma sistemática, em termos de funções elementares (como exponenciais, funções trigonométricas e logaritmos). Também abordamos a equação de Euler como um caso especial de equação diferencial com coeficientes variáveis.

Agora, estamos prontos para lidar com equações diferenciais com coeficientes variáveis. Como essas equações raramente podem ser resolvidas em termos de funções elementares, é necessário investigar outros métodos de solução. O método de solução por série é usado com sucesso para a solução de equações diferenciais com coeficientes variáveis, por meio do qual é possível encontrar a solução de forma exata ou aproximada para equações lineares ou não lineares com coeficientes constantes ou variáveis.

Neste capítulo, aplicaremos o método de solução por séries a equações diferenciais lineares de segunda ordem com coeficientes variáveis, que pode ser expresso como y″

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Capítulo 4 - Equações Diferenciais Lineares de Ordem Superior

Yunus A. Çengel; William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

4

Equações D ifere n c ia is

L i neares de O r d e m

Superior

OBJETIVOS

A

s naturezas das equações lineares de primeira e segunda ordens são bastante diferentes, portanto, há poucos pontos em comum entre os procedimentos de solução. Por exemplo, equações lineares de primeira ordem têm uma forma direta de solução, assumindo que as integrais envolvidas nesse processo possam ser calculadas. Entretanto, a afirmação anterior só poderá ser aplicada às equações lineares de segunda ordem se estas tiverem coeficientes constantes. Mesmo assim, a solução pode exigir um procedimento mais elaborado.

Existe um paralelo entre as equações de segunda ordem e aquelas de ordem superior. A teoria aplicada a equações lineares de ordem superior é análoga à teoria das equações diferenciais lineares de segunda ordem. Neste capítulo, basicamente estenderemos a teoria baseada nas equações diferenciais lineares de segunda ordem para equações de ordem superior. As demonstrações apresentadas no Cap. 3 para o caso das equações de segunda ordem podem ser estendidas para equações de ordem superior por meio da generalização dessas demonstrações.

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Capítulo 1 - Introdução às Equações Diferenciais

Yunus A. Çengel; William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

1

I nt rod ução às Eq u a ç õ e s

Di f erenciais

OBJETIVOS

A

diferença entre as equações algébricas e as diferenciais está no fato de que estas envolvem derivadas em suas funções. Como o estudo das equações diferenciais requer um bom entendimento de cálculo, o estudante deverá revisar alguns tópicos importantes, como variáveis dependentes e independentes, funções contínuas e descontínuas, derivadas ordinárias e parciais, diferenciais e incrementos, e integração.

Neste capítulo, abordam-se a importância das equações diferenciais e o valor do modelamento matemático para resolver problemas do mundo real. Serão apresentados exemplos de como equações diferenciais são originadas a partir de problemas práticos e suas soluções. Depois de uma breve revisão sobre alguns conceitos de cálculo, apresentaremos a classificação das equações diferenciais e trataremos das equações lineares e não lineares, e daquelas com coeficientes constantes ou variáveis. Apresentaremos a solução de algumas equações diferenciais simples por meio de integração direta. Finalmente, alguns programas de computador serão utilizados para resolver equações diferenciais simples e traçar gráficos.

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Capítulo 3 - Equações Diferenciais Lineares de Segunda Ordem

Yunus A. Çengel; William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

3

Equações Diferenciais

Lineares de Segunda Ordem

OBJETIVOS

E

quações diferenciais lineares de primeira ordem podem ser sempre resolvidas de uma maneira sistemática, com o do uso do fator integrante, como discutido no Cap. 2, e não há muita diferença se os coeficientes são constantes ou variáveis, desde que as integrações possam ser realizadas. Porém, essas afirmações não se aplicam às equações diferenciais lineares de segunda ordem (ou ordem superior), já que não existe um procedimento geral para solução dessas equações, a menos que os coeficientes sejam constantes e que elas atendam a certas condições. Várias equações que aparecem nas ciências e na engenharia são lineares de segunda ordem com coeficientes constantes, e, então, é importante que dominemos o procedimento de solução dessas equações. Isso é exatamente o que pretendemos neste capítulo.

Apesar de a maioria das definições, dos teoremas e procedimentos descritos neste capítulo serem gerais, iremos nos concentrar nas equações lineares de segunda ordem com coeficientes constantes por duas razões: (1) tais equações são as mais encontradas na prática por cientistas e engenheiros e (2) novos conceitos são mais fáceis de ser demonstrados e aprendidos em equações simples. Estenderemos a análise para as equações lineares de ordem superior com coeficientes constantes no Cap. 4 e abordaremos as equações lineares com coeficientes variáveis no Cap. 5, pela introdução do método de solução usando séries. Essa sequência de três capítulos provê uma completa cobertura das equações lineares.

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Capítulo 9 - Solução Numérica de Equações Diferenciais

Yunus A. Çengel; William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

9

Sol uç ão Numér ic a d e

Equações D ifere n c ia is

OBJETIVOS

A

té agora, consideramos equações diferenciais que podem ser resolvidas, de forma analítica, por meio de métodos bem desenvolvidos, e chamamos os resultados obtidos de soluções analíticas ou na forma fechada. A forma dessas soluções pode ser explícita, na qual a variável dependente é uma função explícita da variável independente, como y = x2. Essas soluções são muito desejáveis, pois são exatas (nenhuma aproximação é envolvida no desenvolvimento da solução), e a solução pode ser obtida em qualquer ponto pela simples substituição da variável independente na função explícita. Outras soluções analíticas podem aparecer na forma implícita, como em y + 3xe–y = 5, que requerem um método numérico de busca por raízes para obter uma tabela ou gráfico de valores de y versus valores de x.

Infelizmente, os casos em que as equações diferenciais têm disponíveis soluções analíticas exatas são mais exceção do que regra. A maioria das equações com coeficientes não lineares, ou variáveis, encontradas na prática não pode ser resolvida analiticamente. Como não podemos obter soluções exatas, somos forçados a realizar uma das soluções aproximadas: aquelas em que os termos não lineares da equação são substituídos por aproximações lineares ou soluções numéricas, nas quais as soluções são obtidas na forma gráfica ou de uma tabela de números.

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Yunus A Engel Michael A Boles (17)
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Medium 9788580552010

Capítulo 7: Entropia

Yunus A. Çengel; Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

7

Ent rop ia

OBJETIVOS

N

o Cap. 6, apresentamos a segunda lei da termodinâmica e a aplicamos aos ciclos e dispositivos cíclicos. Neste capítulo, aplicamos essa lei a processos. A primeira lei da termodinâmica trata da energia e de sua conservação. A segunda lei leva à definição de uma nova propriedade chamada entropia.

Essa propriedade é um tanto abstrata, sendo difícil descrevê-la fisicamente sem levar em conta o estado microscópico do sistema. Ela é melhor compreendida no estudo de suas aplicações nos processos mais comuns da engenharia, e é isso o que pretendemos fazer.

Este capítulo inicia com uma discussão da desigualdade de Clausius, que forma a base da definição da entropia. Em seguida, ele trata do princípio do aumento da entropia. Ao contrário da energia, a entropia é uma propriedade que não se conserva, não existindo portanto conservação de entropia. A seguir discutiremos as variações de entropia que ocorrem durante processos envolvendo substâncias puras, substâncias incompressíveis e gases ideais e examinaremos uma classe especial de processos idealizados denominados processos isentrópicos. Em seguida, consideraremos o trabalho reversível em regime permanente e as eficiências isentrópicas de diversos dispositivos de engenharia, como as turbinas e os compressores. Finalmente, apresentaremos o balanço de entropia e o aplicaremos a diversos sistemas.

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Capítulo 14: Misturas Gás-Vapor e Condicionamento de Ar

Yunus A. Çengel; Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

14

Mi s t u ras G ás- Vap o r e

C ondicionamento d e Ar

OBJETIVOS

E

m temperaturas abaixo da temperatura crítica, a fase gasosa de uma substância é frequentemente chamada de vapor. O termo vapor implica um estado gasoso que está próximo da região de saturação da substância, elevando a possibilidade de condensação durante um processo.

No Cap. 13 discutimos as misturas de gases que geralmente estão acima de suas temperaturas críticas, por isso não havia preocupação com a possível condensação de nenhum desses gases durante um processo. A análise fica bastante simplificada quando não é preciso lidar com duas fases; porém, quando lidamos com uma mistura de gás e vapor, o vapor pode condensar durante um processo, formando uma mistura de duas fases. Isso pode complicar consideravelmente a análise. Assim, uma mistura de gás e vapor precisa ser tratada de modo diferente de uma mistura comum de gases.

Várias misturas de gás e vapor são encontradas na engenharia. Neste capítulo, vamos considerar a mistura de ar-água-vapor, que é a mistura de gás-vapor mais encontrada na prática. Discutimos também o condicionamento de ar, ou seja, a principal área de aplicação das misturas de ar-água-vapor.

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Capítulo 15: Reações Químicas

Yunus A. Çengel; Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

15

R eações

Q uí mi cas

OBJETIVOS

N

os capítulos anteriores limitamos nosso exame aos sistemas não reativos

– aqueles cuja composição química permanece inalterada durante um processo. Vimos que isso também ocorre nos processos de mistura, durante os quais uma mistura homogênea se forma por meio de dois ou mais fluidos sem que ocorra nenhuma reação química. Neste capítulo, tratamos especificamente dos sistemas cuja composição química varia durante um processo, ou seja, os sistemas que envolvem reações químicas.

Ao lidarmos com sistemas não reativos, precisamos levar em conta apenas a energia interna sensível (associada a mudanças de temperatura e pressão) e a energia interna latente (associada a mudanças de fase). Ao lidarmos com os sistemas reativos, porém, também precisamos levar em conta a energia interna química, que é aquela associada à destruição e formação de ligações químicas entre os átomos. As relações de balanço de energia desenvolvidas para os sistemas não reagentes se aplicam igualmente aos sistemas reagentes, mas os termos de energia neste último caso devem incluir a energia química do sistema.

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Capítulo 6: A Segunda Lei da Termodinâmica

Yunus A. Çengel; Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

6

A Segunda Lei d a

Termodinâmica

OBJETIVOS

A

té este ponto, concentramos nossa atenção na primeira lei da termodinâmica, a qual exige que a energia seja conservada durante um processo. Neste capítulo, apresentamos a segunda lei da termodinâmica, cujo enunciado diz que processos ocorrem em determinada direção e que a energia tem qualidade e quantidade. Para que um processo ocorra, é preciso que ele satisfaça tanto a primeira como a segunda lei da termodinâmica. Neste capítulo, apresentamos os conceitos de reservatórios de energia térmica, processos reversíveis e irreversíveis, máquinas térmicas, refrigeradores e bombas de calor. Diversos enunciados da segunda lei da termodinâmica são acompanhados por uma discussão sobre moto-contínuos e a escala termodinâmica de temperatura. O ciclo de Carnot é apresentado a seguir, assim como uma discussão sobre os princípios de Carnot.

Finalmente, examinamos as máquinas térmicas, os refrigeradores e as bombas de calor ideais de Carnot.

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Capítulo 12: Relações de Propriedades Termodinâmicas

Yunus A. Çengel; Michael A. Boles Grupo A PDF Criptografado

Capítulo

12

R el aç ões de

P ropriedades

Termodinâmicas

OBJETIVOS

N

os capítulos anteriores, usamos amplamente as tabelas de propriedades.

Tendemos a confiar bastante nessas tabelas, pois, sem elas, as leis e princípios da termodinâmica são de pouca utilidade para os engenheiros. Neste capítulo, concentramos nossa atenção na maneira como as tabelas de propriedades são preparadas e como algumas propriedades desconhecidas podem ser determinadas com base em dados limitados.

Sabemos que algumas propriedades, como temperatura, pressão, volume e massa, podem ser medidas diretamente e que outras, como densidade e volume específico, podem ser determinadas por meio daquelas com o uso de algumas relações simples. Contudo, propriedades como energia interna, entalpia e entropia não são tão fáceis de determinar, pois não podem ser medidas diretamente nem relacionadas a propriedades facilmente mensuráveis por meio de relações simples.

Portanto, é essencial que desenvolvamos algumas relações fundamentais entre as propriedades termodinâmicas comumente encontradas e expressemos as propriedades que não podem ser medidas diretamente utilizando as propriedades facilmente mensuráveis.

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William J Palm Iii (15)
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Medium 9788580552041

Capítulo 10 - Simulink

William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

10

Simulink

O Simulink foi construído sobre o MATLAB, portanto você deve ter o MATLAB para utilizar o Simulink. Ele está incluído na Edição de Estudante do MATLAB e também está disponível separadamente pela empresa The MathWorks, Inc. O Simulink é amplamente utilizado na indústria para modelar sistemas complexos e processos que são difíceis de ser modelados com um simples conjunto de equações diferenciais.

O Simulink fornece uma interface gráfica com o usuário que utiliza diversos tipos de elementos, chamados de blocos, na criação da simulação de um sistema dinâmico, isto é, de um sistema que pode ser modelado com equações diferenciais ou equações de diferenças cuja variável independente é o tempo. Por exemplo, um tipo de bloco é um multiplicador, um outro realiza soma, e há outro que é um integrador. A interface gráfica do Simulink permite posicionar os blocos, redimensioná-los, rotulá-los, especificar seus parâmetros e interconectá-los para descrever sistemas complicados objetivando a sua simulação.

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Medium 9788580552041

Capítulo 2 - Arranjos numéricos, de células e de estruturas

William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

2

Arranjos numéricos, de células e de estruturas

Um dos pontos fortes do MATLAB é a sua capacidade de manipular coleções de itens, chamadas de arranjos, como se elas fossem uma entidade única. A funcionalidade de manipulação de arranjos significa que os programas em MATLAB podem ser muito pequenos.

O arranjo é o bloco de construção básico no MATLAB. As seguintes classes de arranjos estão disponíveis no MATLAB 7: numérico

caractere

lógico

Arranjo célula estrutura

function handle

Java

Até agora, utilizamos apenas arranjos numéricos, que são arranjos que contêm apenas valores numéricos. Dentro da classe numérica estão as subclasses single

(precisão simples), double (precisão dupla), int8, int16 e int32 (números inteiros com sinal constituídos de 8 bits, 16 bits e 32 bits), e uint8, uint16 e uint32 (números inteiros sem sinal constituídos de 8 bits, 16 bits e 32 bits). Um arranjo de caracteres

é um arranjo que contêm strings. Os elementos de arranjos lógicos são “verdadeiros” ou “falsos”, os quais, apesar de serem representados pelos símbolos 1 e 0, não são quantidades numéricas. Estudaremos os arranjos lógicos no Capítulo 4.

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Capítulo 3 - Funções e arquivos

William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

3

Funções e arquivos

O MATLAB possui muitas funções internas, incluindo funções trigonométricas, logarítmicas e hiperbólicas, bem como funções para processamento de arranjos. Essas funções são resumidas na Seção 3.1. Além disso, você pode definir suas próprias funções com um arquivo de função e utilizá-las do mesmo jeito que você utiliza as funções internas. Explicaremos essa técnica na Seção 3.2. A Seção 3.3 aborda tópicos adicionais em programação de funções, incluindo handles de funções, funções anônimas, subfunções e funções aninhadas. Outro tipo de arquivo útil no MATLAB

é o arquivo de dados. A importação e a exportação de tais arquivos são abordadas na

Seção 3.4

As Seções 3.1 e 3.2 contêm tópicos essenciais e devem ser abordadas. O material na Seção 3.3 é útil para a criação de programas grandes. O material na Seção 3.4

é útil para leitores que precisam trabalhar com conjuntos grandes de dados.

3.1

Funções matemáticas elementares

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Capítulo 9 - Métodos numéricos para cálculo e equações diferenciais

William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

9

Métodos numéricos para cálculo e equações diferenciais

Este capítulo aborda métodos numéricos para o cálculo de integrais e de derivadas e para a resolução de equações diferenciais ordinárias. Algumas integrais não podem ser avaliadas analiticamente, é preciso calculá-las numericamente com um método aproximado (Seção 9.1). Além disso, muitas vezes precisamos utilizar dados para estimar taxas de variação, e para isso faz-se necessária uma estimativa numérica da derivada (Seção 9.2). Finalmente, muitas equações diferenciais não podem ser resolvidas analiticamente, portanto, precisamos ser capazes de resolvê-las utilizando técnicas numéricas apropriadas. A Seção 9.3 aborda equações diferenciais de primeira ordem, e a Seção 9.4 estende os métodos para equações de ordem superior. Métodos mais poderosos estão disponíveis para equações lineares. A Seção 9.5 trata desses métodos.

9.1

Integração numérica

A integral de uma função f(x) para a … x … b pode ser interpretada como a área entre a curva f(x) e o eixo x, delimitada pelos valores x = a e x = b. Se utilizarmos A para representar essa área, então podemos escrever A como:

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Capítulo 7 - Estatística, probabilidade e interpolação

William J. Palm III Grupo A PDF Criptografado

7

Estatística, probabilidade e interpolação

Este capítulo começa com uma introdução à estatística básica na Seção 7.1. Você verá como obter e interpretar histogramas, que são plotagens específicas para a exibição de resultados estatísticos. A distribuição normal, geralmente chamada de curva em forma de sino, forma a base da maior parte da teoria de probabilidade e de muitos métodos estatísticos. Ela é abordada na Seção 7.2. Na Seção 7.3, você verá como incluir processos aleatórios nos seus programas de simulação. Na Seção 7.4, verá como utilizar interpolação com tabelas de dados para estimar valores que não estão na tabela.

Ao final deste capítulo, você deverá ser capaz de utilizar o MATLAB para:

7.1

MÉDIA

MODA

MEDIANA

Resolver problemas básicos de estatística e probabilidade.

Criar simulações que incorporem processos aleatórios.

Aplicar técnicas de interpolação.

Estatísticas e histogramas

Com o MATLAB você pode calcular a média, a moda (o valor que ocorre com mais frequência) e a mediana (o valor do meio) de um conjunto de dados. Há no MATLAB as funções mean(x), mode(x) e median(x) para calcular a média, a moda e a mediana dos dados armazenados em x, se x for um vetor. Entretanto, se x for uma matriz, um vetor linha é retornado contendo a média (ou a moda, ou a mediana) de cada coluna de x. Essas funções não exigem que os elementos de x estejam em ordem ascendente ou descendente.

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William H Hayt Jr Jack E Kemmerly Steven M Durbin (19)
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Medium 9788580553833

Capítulo 10 - Análise em Regime Permanente Senoidal

William H. Hayt Jr.; Jack E. Kemmerly; Steven M. Durbin Grupo A PDF Criptografado

10

Análise em Regime

Permanente Senoidal

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Características de Funções Senoidais

INTRODUÇÃO

A resposta completa de um circuito elétrico linear é composta por duas partes, a resposta natural e a resposta forçada. A resposta natural corresponde ao transitório de curta duração que ocorre em um circuito em decorrência de uma súbita mudança em sua condição. A resposta forçada corresponde ao comportamento em regime permanente de um circuito na presença de quaisquer fontes independentes. Até o presente momento, consideramos apenas respostas forçadas causadas por fontes cc. Outra resposta forçada muito comum é a forma de onda senoidal. Esta função descreve a tensão disponível nas tomadas das residências, bem como a tensão nas linhas de transmissão de energia que alimentam áreas residenciais e industriais.

Neste capítulo, assumimos que a resposta transitória seja de pouco interesse, e que a resposta de um circuito em regime permanente (um aparelho de TV, uma torradeira, ou uma linha de distribuição de energia) frente a uma tensão ou corrente senoidal seja necessária. Analisaremos tais circuitos utilizando uma técnica poderosa que transforma equações integro-diferenciais em equações algébricas. Antes de ver como isso funciona, é interessante rever rapidamente alguns atributos importantes gerais das senoides, que descrevem praticamente todas as correntes e tensões ao longo do capítulo.

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Capítulo 1 - Introdução

William H. Hayt Jr.; Jack E. Kemmerly; Steven M. Durbin Grupo A PDF Criptografado

1

Introdução

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

PREÂMBULO

Embora existam campos de atuação bem definidos em engenharia, de maneira geral os engenheiros compartilham uma considerável gama de conhecimentos, áreas e habilidades. De fato, na prática em engenharia é possível trabalhar em muitas áreas diferentes, mesmo fora de suas especialidades tradicionais, uma vez que muitas de suas habilidades são transferíveis para outras áreas. Atualmente, os graduados em engenharia podem trabalhar em uma variedade de funções: de projetar peças de maquinário e sistemas à solucionar problemas socioeconômicos como a poluição das águas e do ar, planejamento urbano, comunicação, transporte público, geração e distribuição de energia e conservação e uso eficiente de recursos naturais.

Partindo deste princípio, a análise de circuitos tem sido utilizada, tradicionalmente, como uma introdução à arte de resolver problemas em uma perspectiva da engenharia, mesmo fora do contexto da engenharia elétrica. E existem razões para isso. A melhor delas é que, no mundo atual, é extremamente improvável que um engenheiro encontre um sistema que não utilize algum tipo de circuito elétrico. À medida que os circuitos se tornam menores e requerem menor gasto de energia e, por sua vez, tais fontes de energia se tornam menores e mais baratas, os circuitos elétricos estão cada vez mais em tudo o que utilizamos. Em várias situações práticas, faz-se necessária uma equipe multidisciplinar para a solução de problemas em engenharia, e conhecimento prévio de análise de circuitos pode ser um facilitador para agregar aos esforços da equipe, melhorando, além dos aspectos técnicos, a comunicação entre seus membros.

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Capítulo 14 - Frequência Complexa e a Transformada de Laplace

William H. Hayt Jr.; Jack E. Kemmerly; Steven M. Durbin Grupo A PDF Criptografado

14

Frequência Complexa e a

Transformada de Laplace

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Frequência Complexa

INTRODUÇÃO

Quando se trabalha com fontes variantes no tempo ou um circuito com chaves, temos várias opções no que diz respeito à abordagem de análise. Os Capítulos 7 a 9 detalharam a análise baseada diretamente em equação diferencial, que é particularmente

útil quando se examina os transitórios oriundos das comutações durante a entrada em condução e o bloqueio das chaves. De outro modo, os Capítulos 10 a 13 descrevem análise de situações, onde se supõe a excitação senoidal, sendo que os transitórios são de pouco ou nenhum interesse. Infelizmente, nem todas as fontes são senoidais, havendo ocasiões em que são necessárias tanto as respostas transitórias como em regime permanente. Em tais casos, a transformada de Laplace demonstra ser uma ferramenta extremamente valiosa.

Muitos livros simplesmente iniciam os estudos diretamente com a transformada integral de Laplace, mas esta abordagem não permite uma compreensão intuitiva.

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Finais

William H. Hayt Jr.; Jack E. Kemmerly; Steven M. Durbin Grupo A PDF Criptografado

Índice

µA741, AOP, 185-188, 191

2N3904, Parâmetros CA,711

A

Abordagem direta, circuitos RL sem fontes,

254-281

AD549-K, AOP, 185-188

AD622, AOP, 199

Adição, operação da transformada de

Laplace, 556

Admitância, 231, 568 em regime permanente senoidal, 386-387 parâmetros. Veja Quadripolos

Ajuste do nível de corrente, transformadores ideais para, 509-510

Ajuste do nível de tensão, transformadores ideais para, 507-509

Alternativas algébricas, funções forçantes complexas, 372-373

Amortecida, função forçante senoidal,

531-535, 561, 562

Amortecida, resposta senoidal, 331

Amortecimento de transitórios, 324, 325

Ampère, A. M., 12

Ampères, 10, 11, 12

Amplificador de diferença, 173-176, 188-189 resumo, 174

Amplificador de ganho unitário, 174

Amplificador de instrumentação, 197-199,

206, 207

Amplificador inversor, 169, 174

Amplificador Sallen-key, 670 - 674

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Capítulo 8 - Circuitos Básicos RL e RC

William H. Hayt Jr.; Jack E. Kemmerly; Steven M. Durbin Grupo A PDF Criptografado

8

Circuitos Básicos

RL e RC

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

INTRODUÇÃO

No Capítulo 7, escrevemos equações para a resposta de muitos circuitos contendo indutância e capacitância, mas não resolvemos nenhuma delas. Agora estamos prontos para passar à solução dos circuitos mais simples, restringindo nossa atenção àqueles que contêm somente resistores e indutores ou somente resistores e capacitores.

Embora os circuitos que vamos considerar tenham uma aparência muito elementar, eles também são importantes na prática. Redes desse tipo são usadas em amplificadores eletrônicos, sistemas de controle automático, amplificadores operacionais, equipamentos de comunicação e muitas outras aplicações. Uma familiaridade com esses dispositivos simples nos permitirá prever com que precisão a saída de um amplificador pode seguir a entrada que está mudando rapidamente com o tempo ou prever com que rapidez a velocidade de um motor mudará em resposta a uma alteração em sua corrente de campo. Nossa compreensão dos circuitos RL e RC simples também nos permitirá sugerir modificações em amplificadores ou motores para obter uma melhor resposta.

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William F Smith Javad Hashemi (17)
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3. Estrutura Cristalina e Amorfa nos Materiais

William F. Smith; Javad Hashemi Grupo A PDF Criptografado

c ap í t u l o 3

Estrutura Cristalina e Amorfa nos Materiais

(a)

(b)

(c)

(d )

((a) © Paul Silverman/Fundamental Photographs.)((b) © The McGraw-Hill Companies, Inc./Doug Sherman, photographer.)((c) e (d) © Dr. Parvinder Sethi.)

Metas de aprendizagem

Ao final deste capítulo, o aluno será capaz de:

1. �Descrever o que são materiais cristalinos e não cristalinos (amorfos).

2. �Saber como os átomos e íons estão arranjados no espaço e identificar a ordenação básica dos sólidos.

3. �Descrever a diferença entre estrutura atômica e estrutura cristalina do material sólido.

4. Distinguir entre estrutura cristalina e sistema cristalino.

5. �Explicar porque os plásticos não podem ser 100% cristalinos na estrutura.

6. Explicar polimorfismo ou alotropia nos materiais.

Os sólidos podem ser classificados em cristalinos e amorfos. Sólidos cristalinos, devido à estrutura ordenada de seus átomos, moléculas ou íons, possuem formas bem definidas. Metais são cristalinos e compostos de cristais ou grãos muito bem definidos, são pequenos e não claramente observáveis, devido à natural opacidade dos metais. Nos minerais, geralmente translúcidos ou transparentes, as estruturas cristalinas são claramente observáveis. As figuras acima mostram a natureza cris-

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Medium 9788580551143

14. Propriedades Elétricas dos Materiais

William F. Smith; Javad Hashemi Grupo A PDF Criptografado

c ap í t u l o 1 4

Propriedades Elétricas dos Materiais

(© Peidong Yang/UC Berkeley.)

Metas de aprendizagem

Ao final deste capítulo, o aluno será capaz de:

1. Definir condutividade, semicondutividade e propriedades isolantes de materiais, bem como classificar, de maneira geral, cada classe de materiais (isto é, metais, cerâmicas, polímeros) em função de suas propriedades elétricas.

2. Explicar os conceitos de condutividade elétrica, resistividade, velocidade de deriva e caminho livre médio em metais, bem como descrever o efeito da temperatura crescente ou decrescente sobre cada um destes parâmetros.

3. Descrever o modelo de bandas de energia e definir propriedades elétricas de metais, polímeros, cerâmicas e materiais eletrônicos com base neste modelo.

4. Definir semicondutores intrínsecos e extrínsecos e descrever como cargas elétricas são transportadas nestes materiais.

5. Definir semicondutores do tipo n e do tipo p e explicar o efeito da temperatura sobre o seu comportamento elétrico.

6. Citar o maior número possível de dispositivos semicondutores (ou seja, LEDs, retificadores, transistores) e, em cada caso, explicar como funciona o dispositivo.

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Medium 9788580551143

1. Introdução à Engenharia e Ciência dos Materiais

William F. Smith; Javad Hashemi Grupo A PDF Criptografado

c ap í t u l o 1

Introdução à Engenharia e Ciência dos Materiais

(Cortesia da NASA)

Metas de aprendizagem

Ao final deste capítulo, o aluno será capaz de:

1. Entender a engenharia e ciência dos materiais como uma área do conhecimento científico.

2. Enumerar a classificação básica dos materiais sólidos.

3. Relacionar as características essenciais de cada grupo de materiais.

O Phoenix Mars Lander é o “robô-cientista” por trás da mais recente empreitada científica da Nasa, o Programa de Exploração de Marte. Os dois principais objetivos científicos da missão Phoenix são determinar se de fato nunca houve vida em Marte, e entender o clima marciano. A aeronave é uma obra-prima da engenharia, representando o desejo humano de obter conhecimento. Imaginem os desafios em engenharia e ciência dos materiais ao se projetar uma nave para resistir e operar de maneira eficaz sob uma variedade de condições extremas. Durante o lançamento, por exemplo, a aeronave e seus sensíveis instrumentos são submetidos a cargas colossais; já ao longo da etapa de cruzeiro, a aeronave deve resistir a tempestades solares e ao impacto de micrometeoros; na fase de reentrada, descida e aterrissagem, por sua vez, a temperatura sobe milhares de graus, e a aeronave é sujeita ainda a uma tremenda força de desaceleração quando o paraquedas é aberto; finalmente, durante a operação em Marte, a aeronave deve suportar as temperaturas extremamente baixas do ártico marciano, além das tempestades de areia.

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Medium 9788580551143

11. Cerâmica

William F. Smith; Javad Hashemi Grupo A PDF Criptografado

c ap í t u l o 1 1

Cerâmica

(Cortesia de Kennamental)

Metas de aprendizagem

Ao final deste capítulo, o aluno será capaz de:

1. Definir e classificar materiais cerâmicos, incluindo as cerâmicas tradicionais e as de engenharia.

2. Descrever várias estruturas cristalinas cerâmicas.

3. Descrever o carbono e seus alótropos.

4. Descrever vários métodos de processamento para as cerâmicas.

5. Descrever as propriedades mecânicas das cerâmicas e seus correspondentes mecanismos

Devido a características desejáveis, como elevada dureza, resistência ao desgaste, estabilidade química, resistência a alta temperatura e baixo coeficiente de expansão térmica, as cerâmicas avançadas vêm sendo selecionadas como os materiais preferidos para muitas aplicações. As principais aplicações encontram-se em processamento mineral, retentores, válvulas, trocadores de calor, matrizes de conformação metálica, motores adiabáticos a diesel, turbinas a gás, produtos médicos e ferramentas de corte.

As ferramentas de corte cerâmicas possuem diversas vantagens quando comparadas às metálicas, incluindo estabilidade química, maior resistência ao desgaste,

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Medium 9788580551143

15. Propriedades Ópticas e Materiais Supercondutores

William F. Smith; Javad Hashemi Grupo A PDF Criptografado

c ap í t u l o 1 5

Propriedades Ópticas e Materiais Supercondutores

(Cortesia de Crystal Fibre A/S.)

Metas de aprendizagem

Ao final deste capítulo, o aluno será capaz de:

1. Explicar quais fenômenos podem ocorrer com a radiação luminosa quando ela passa de um meio a outro.

2. Explicar por que os materiais metálicos são opacos à luz visível.

3. Explicar o que determina a cor dos materiais metálicos.

4. Descrever brevemente o fenômeno de supercondutividade.

5. Explicar por que materiais amorfos são normalmente transparentes.

Uma fibra de cristal fotônico é estruturalmente semelhante a um cristal normal, exceto pelo fato de que o padrão repetitivo existe em uma escala muito maior (escala de micra) e somente na direção transversal ao comprimento da fibra. A fibra é fabricada empilhando-se uma série de tubos de vidro de sílica para formar um cilindro.

O cilindro é então trefilado a temperaturas elevadas até adquirir o formato de uma fina fibra com diâmetro da ordem de algumas dezenas de micra. Após o processo de manufatura, a fibra terá o aspecto de um favo de mel. Devido à sua estrutura, a luz conduzida no interior das fibras

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