Pregunta 5 · Suma de dos voltatges alterns
Suma de dues sinusoides de la mateixa freqüència amb fasors; amplitud i desfasament; període i freqüència; font invertida
Puntuació màxima · 16 puntsDues fonts de corrent altern de la mateixa freqüència produeixen els voltatges, en volts,
on $t$ és el temps en segons. Les dues fonts es connecten de manera que el voltatge resultant és $V = V_1 + V_2$.
- Justifica que $V = \operatorname{Im}\left(e^{100\pi t\,i}\left(120e^{\frac{\pi}{6}i} + 90e^{\frac{2\pi}{3}i}\right)\right)$. 3 p
- Escriu $V$ en la forma $R\sin(100\pi t + \alpha)$, amb $R > 0$ i $\alpha$ en radians. 5 p
- Troba el període i la freqüència del voltatge resultant. 3 p
- La segona font es connecta invertida, cosa que equival a sumar $\pi$ al seu desfasament. Troba l'amplitud i el desfasament del nou voltatge resultant i explica per què l'amplitud no ha canviat. 5 p
Correcció pas a pas
a) Per què val la part imaginària
Per a cada font,
Com que la part imaginària d'una suma és la suma de les parts imaginàries i les dues fonts tenen la mateixa freqüència, es pot treure factor comú $e^{100\pi t\,i}$ i sumar els dos nombres complexos.
Cada font com a part imaginària 2 p, factor comú 1 p.
b) Amplitud i desfasament
Els dos sumands formen un angle de $\frac{2\pi}{3} - \frac{\pi}{6} = \frac{\pi}{2}$, així que el mòdul surt per Pitàgores:
Suma dels complexos 2 p, mòdul 1 p, argument 1 p, expressió final 1 p.
c) Període i freqüència
Període 2 p, freqüència 1 p.
d) La font invertida
Ara $90e^{\left(\frac{2\pi}{3} + \pi\right)i} = -90e^{\frac{2\pi}{3}i}$, per tant
de mòdul $150$ i argument $-0{,}120$ rad ($\approx -6{,}87^\circ$):
L'amplitud no canvia perquè el desfasament entre les dues fonts continua sent de $90^\circ$ en valor absolut: $\frac{2\pi}{3} - \frac{\pi}{6} = \frac{\pi}{2}$ i $\frac{2\pi}{3} + \pi - \frac{\pi}{6} = \frac{3\pi}{2}$. Els dos vectors del pla complex continuen sent perpendiculars i, per Pitàgores, $R = \sqrt{120^2 + 90^2} = 150$ en tots dos casos; l'únic que canvia és la direcció de la suma, és a dir, el desfasament.
Nova suma 2 p, mòdul i argument 1 p, expressió 1 p, explicació 1 p.