terça-feira, 21 de abril de 2009

EDO 007 – Equações com variáveis separadas

Considere a equação diferencial

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Ela é dita ser com variáveis separadas se puder ser escrita, por meio de manuseios algébricos diretos, sem mudança de variável, da seguinte forma

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Neste caso, a equação pode ser convertida na forma pfaffiana

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A solução do problema de Cauchy pode ser obtida por integração direta de cada parcela

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Encontrar a solução neste caso se resume ao bom conhecimento das técnicas de integração. Os exemplos a seguir são ilustrativos.

EXEMPLO:- Solução por separação das variáveis

Considere o problema de Cauchy

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Uma rápida inspeção mostra que

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Neste caso a solução é dada por

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Disto resulta

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A solução deste problema é, portanto,

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Nesta altura é bom ressaltar que as equações diferenciais de primeira ordem autônomas são com variáveis separáveis. O problema de Cauchy para estas equações é

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Neste caso,

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Onde muitos exemplos envolvendo equações deste tipo aparecem é na cinética química.

Exemplo – Reações irreversíveis de primeira ordem ( A è Produtos)

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Um exemplo de reação modelada por esta equação diferencial é a decomposição térmica da acetona a 504°C. Neste problema, u é a conversão e seu valor vai de zero no inicio da reação e tende para a unidade quando o tempo tende ao infinito. A solução deste problema é

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Integrando resulta

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Outra forma de apresentação da solução é

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Exemplo – Reação irreversível de segunda ordem (2A èProduto)

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Uma reação que obedece a este modelo cinético é a saponificação do acetato de etila na presença de um álcali a 20°C. Neste caso,

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Integrando

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Existem duas formas de apresentação da solução deste problema. A primeira é:

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A segunda é:

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