Capacitores (Condensadores)

Capacitores (Condensadores)

Capacitor ou condensador 

Capacitor ou condensador é um dispositivo elétrico que tem por função armazenar cargas elétricas e, como consequência, energia potencial elétrica.

Existem diversos tipos de capacitores (cilíndricos, esféricos ou planos), mas todos são representados por duas placas paralelas, condutoras e idênticas, bem próximas uma da outra e com

um isolante chamado dielétrico entre elas. Essas placas são denominadas armaduras do capacitor e o dielétrico (isolante) entre elas pode ser vácuo, ar, papel, mica, óleo, etc.

 

Eletrizando um capacitor (processo de carga)

Na figura, as armaduras do capacitor estão inicialmente neutras e a diferença de potencial entre as placas é nula. A seguir uma das armaduras é ligada ao polo positivo de um gerador de força eletromotriz Ɛ e a outra ao polo negativo do mesmo gerador.

A armadura ligada ao polo negativo do gerador vai sendo carregada com cargas negativas (retirando elétrons da placa de cima) e a ligada ao polo positivo do gerador vai sendo carregada com cargas positivas (acrescentando elétrons à placa de baixo) e à medida que elas vão sendo carregadas a diferença de potencial entre as placas vai aumentando até que ela se iguale à do gerador (E) e o

capacitor está carregado com tensão U = Ɛ.

Por definição a carga elétrica (Q) desse capacitor é o valor da carga da placa positiva. Lembre-se de que as cargas das placas positiva e negativa tem o mesmo módulo.

U é a diferença de potencial entre as placas positiva e negativa e Q o módulo da carga de uma das placas.

Processo de descarga de um capacitor

 

Capacitância ou capacidade eletrostática de um capacitor

 

A capacitância ou capacidade eletrostática de um capacitor representada pela letra C é característica de cada capacitor, sendo definida como a razão entre a carga Q (medida em coulomb “C” no SI) armazenada no capacitor e a diferença de potencial U (medida em volt “V”, no SI) entre as armaduras positiva e negativa, ou seja:

 No Sistema Internacional de Unidades (SI) a capacitância (capacidade) é medida em farad, cujo símbolo é F, contudo, como o farad é muito grande torna-se conveniente a utilização de submúltiplos, como o microfarad (1 μF = 10^-6F), ou o picofarad (1pF=10^-12F).

 

 

 Os capacitores são muito usados em circuitos eletrônicos, onde eles acumulam carga elétrica e consequentemente energia elétrica para posteriormente utilizá-la em um momento adequado, como por exemplo, em controles remoto, celulares, telefones sem fio, computadores, aparelhos de som

fornos de microondas, flash de máquina fotográfica, etc.

 

O que você deve saber, informações e dicas

 

Fatores que influem da capacitância de um capacitor

 Como a capacitância de um capacitor é uma constante característica do mesmo, ela depende de alguns fatores próprios de cada capacitor, que são:

 Área das armadura a capacitância C é proporcional à área S de cada armadura, ou seja quanto maior a área das armaduras, maior a capacitância: CS. 

A espessura (d) do dielétrico é um outro fator que influi na capacitância (são inversamente proporcionais).

Verifica-se que quanto menor for a distância (d) entre as armaduras maior será a capacitância C do componente, ou seja: C.(1/d).

 O dielétrico também é um fator determinante na capacitância, de modo que a sua natureza influencia no valor dela de modo diretamente proporcional, onde cada dielétrico tem sua característica denominada permissividade do meio, de símbolo ε.

 Então, tem-se   C= ε.S/d

 Quando o meio é o vácuo, sua permissividade é denominada ε_o e vale ε_o = 8,85.10^-12 F/m.

 A constante dielétrica (K) de um meio é definida como sendo a razão entre a permissividade desse meio ε e a permissividade do vácuo ε_o    K = ε/ε_o    ε = Kε_o, que, substituído em C= ε.S/d   

C= Kε_o.S/d.

 

O que você deve saber, informações e dicas

 

  Quanto maior a área (S) das armaduras, maior será a capacitância e vice versa.

Quanto menor a distância (d) entre as armaduras, maior será a capacitância e vice versa.

Quanto maior for a constante dielétrica K do isolante (dielétrico) maior será a capacitância e vice versa.

 

Associação de capacitores

Associação série de capacitores

No processo de carga, quando os capacitores em série estiverem ligados ao gerador de tensão U, as cargas que saem de uma armadura serão deslocadas para a seguinte até que as cargas de todas as armaduras tenham o mesmo módulo, ou seja, Q₁ = Q₂ = Q₃ =Q.

Observe que, se as cargas são iguais e as capacitâncias são diferentes, a diferença de potencial (tensão) também será diferente.

Você também pode calcular o capacitor equivalente como C_eq = produto/soma tomados dois a dois.

Lembre-se de que o C_eq é sempre menor que a capacitância de cada um dos capacitores associados.

Associação paralelo de capacitores

 

Cálculo do capacitor equivalente numa associação mista de capacitores

Numa associação mista o cálculo do capacitor equivalente é resolvido por etapas, substituindo os capacitores que estão em paralelo pelos equivalentes, fazendo o mesmo com os que estão em série e assim procedendo até chegar a um único capacitor equivalente final.

 

Circuitos com capacitores

 

 Lembre-se de que quando um capacitor está ligado em um circuito elétrico e já estiver carregado, por ele já não passa mais corrente elétrica e, basta retirar o ramo onde ele está inserido e resolver o circuito.

Preste muita atenção nesses dois exercícios exemplos:

(01) Correta Depois que o capacitor está carregado não passa mais corrente no ramo onde ele está inserido.

(02) Falsa Retirando o ramo onde está o capacitor (pois ele está carregado e por ele não circula corrente) e calculando a resistência equivalente    veja sequência abaixo:

(3) Falsa Observe a sequência abaixo, onde você está retornando a partir da sequência acima:

U_AB =R.i = 8.3    U_AB = 24V    U_DE=30.1,2    U_DE = 36V.

(4) Correta P_30Ω = i’’.U = 1,2.36    P_30Ω = 43,2W    P₂₀=i’.U = 1,8.36    P_20Ω = 64,8 W.  (5) Observe que a diferença de potencial nos terminais do capacitor (trecho CF) é a mesma que nos trechos BG e DE e vale U=36V (estão todos em paralelo)    C = Q/U    10^-6 = Q/36   

Q = 36.10^-6C.

 

02- (UFLA-MG) Em quais dos circuitos a seguir é possível garantir que, transcorrido um intervalo de tempo muito longo após fechar a chave S, todas as lâmpadas estarão acesas? Suponha que a bateria satisfaça as condições necessárias para que as lâmpadas fiquem acesas e não se queimem.

a) I, II, III.              b) I, V, VI.            c) II, IV, VI.              d) III, IV, VI.               e) IV, V, VI.

Lembre-se de que, depois que o capacitor está carregado, ele interrompe o circuito e não passa corrente por ele e nem no trecho onde ele está inserido (veja figuras abaixo)

   R- D

 

Confira os exercícios