Capacitor de Placas Paralelas

Laboratório de Física – UVV
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Capacitor de Placas Paralelas
Professor: ______________________________________________________________________
Alunos:
Turma: __________ Data: _____/_____/20____
1: _____________________________________________________________________________
2: _____________________________________________________________________________
3: _____________________________________________________________________________
4: _____________________________________________________________________________
5: _____________________________________________________________________________
1.1. Objetivos
➢
Determinar a constante dielétrica
do ar e do papel através do gráfico
.
1.2. Equipamentos
Lista de equipamentos necessários para a realização do relatório
✔
Capacitor ajustável de placas paralelas;
✔
Capacímetro digital;
✔
folhas de papel Chamex recortadas em retângulos de ¼ de folha.
2. Apresentação
Um capacitor consiste basicamente de duas peças metálicas isoladas espacialmente. A forma e
distribuição espacial destas placas mudam de acordo com as intenções do capacitor, possuindo
geralmente formas geométricas simples como placas paralelas, cilíndricas e esféricas, além de
outras formas menos simétricas como uma fração de disco, muito utilizadas em capacitores
variáveis, Figura 1.
(a)
(b)
(c)
Figura 1: Capacitores comerciais: (a) Capacitor Variável; (b) Capacitores Eletrolíticos; (c)
Capacitores de Placas Paralelas.
Um capacitor, independente do tipo, tem como função básica armazenar energia elétrica no campo
gerado pelo acúmulo de cargas em suas placas. A razão entre esta carga nas placas e a tensão
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necessária para deslocá-las é definida como capacitância:
(1)
a qual depende exclusivamente de características geométricas do capacitor, como a área das
placas, separação entre elas, forma e o material dielétrico empregado como isolante. Para o
capacitor de placas paralelas, sua capacitância pode ser facilmente demonstrada como:
(2)
onde,
→ permissividade elétrica do vácuo;
→ área das placas;
→ distância entre as placas;
→ a contante dielétrica do meio.
Neste experimento será explorado
Figura 2: Capacitor de Placas Paralelas Cidepe
Os valores das constantes dielétricas de cada material são dados na Figura 1.
Meio
Vácuo
Ar
Papel
1,00000
1,00054
3,5
Água (
)
78,5
Tabela 1: Constantes dielétricas de diferentes meios.
3. Experimento
Neste experimento será empregado um capacitor de placas paralelas como o ilustrado na Figura 2,
composto de duas placas metálicas circulares, sendo uma móvel e outra fixada ao corpo do
equipamento.
Aproveitando que o equipamento ainda não foi ligado, com o auxílio de um paquímetro, meça o
diâmetro da placa móvel:
: __________±__________ (mm)
Antes de sua execução, proceda com a calibração a seguir.
3.1. Cuidado com o Capacímetro
Durante todo o experimento nunca permita que os terminais do Capacímetro entrem em curto, pois
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isto pode danificar o equipamento.
3.2. Calibração do Capacímetro
Antes de iniciar o experimento, execute o processo de calibração a seguir:
●
Inicialmente monte o capacitor de placas paralelas com a placa móvel o mais distante
possível da placa fixa e de preferência ortogonal a esta, como ilustrado na Figura 3;
●
Coloque o capacímetro na escala de
metálicos, traseiros das placas do capacitor;
●
Em seguida gire o botão de ajuste, ADJ indicado na Figura 3, para zera a capacitância
medida no capacímetro;
e em seguida o conecte aos terminais
Figura 3: Capacitor de Placas Paralelas
●
Feito isto, posicione a placa móvel sobre a base do capacitor, Figura 4, e desconecte o
capacímetro um dos terminais do capacímetro;
●
Em seguida mova a placa móvel até está encostar na placa fixa;
●
Neste momento verifique se o traço na placa móvel encontra com o zero na escala
milimetrada, fixada à base do capacitor;
●
Caso estes não estejam alinhados, ajuste sua posição liberando o parafuso na parte inferior
do capacitor, ou chame o seu professor;
●
Após isto separe as placas e reconecte o terminal do capacímetro.
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Figura 4:Montagem Experimental para realização da
medida.
Com isso, o experimento está pronto para iniciar.
3.3. Ar como Dielétrico
Neste primeiro experimento será medida a capacitância em função da separação entre as placas
utilizando como dielétrico o ar.
✗
Inicialmente posicione a placa móvel na posição
✗
Em seguida mova a placa móvel para direita em intervalos de
2, abaixo.
#
e religue o capacímetro;
e preencha a Tabela
#
1
___________
___________
6
___________
___________
2
___________
___________
7
___________
___________
3
___________
___________
8
___________
___________
4
___________
___________
9
___________
___________
5
___________
___________
10
___________
___________
Tabela 2: Capacitância em função da separação das placas para dielétrico Ar.
3.4. Papel como Dielétrico
Neste segundo experimento será feito o mesmo tipo de medida anterior, no entanto neste momento
será empregado papel como dielétrico para o capacitor.
✗
Inicialmente separe as folhas em grupos de vinte folhas;
✗
Em seguida coloque o primeiro grupo de folhas de papel entre as placas do capacitor e
pressione pelas PLACAS do capacitor (não a base plástica), Figura 5-a. Isto interferirá na
medida da capacitância, observe o capacímetro;
✗
Para realizar a medida segure (não empurre) a base plástica móvel e retire as mão das
placas, Figura 5-b. Aguarde até que o capacímetro estabilize e realize a leitura, preenchendo
a Tabela 3;
✗
A seguir adicione mais um grupo de folhas e repita o procedimento.
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(a)
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(b)
Figura 5: Operação do Capacitor de Placas Paralelas
#
#
1
___________
___________
6
___________
___________
2
___________
___________
7
___________
___________
3
___________
___________
8
___________
___________
4
___________
___________
9
___________
___________
5
___________
___________
10
___________
___________
Tabela 3: Capacitância em função da separação das placas para dielétrico Papel.
4. Equações e Expressões Relevantes
Nesta seção são apresentados as expressões, equações e definições necessárias para o
desenvolvimento do experimento. O Formulário aponta as equações e definições essenciais para o
desenvolvimento das expressões na Composição, enquanto que este último apresenta as
expressões finais, geralmente, para a resolução do problema apresentado no experimento.
4.1. Formulário
(3)
Capacitância de um capacitor de Placas Paralelas.
4.2. Composições
(4)
Capacitância de um capacitor de placas paralelas circulares, de diâmetro
;
(5)
equação de ajuste a uma reta para a equação (4), onde b deve ser próximo de zero.
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5. Resultados: Capacitor de Placas Paralelas
Complete a Tabela 4 com os coeficientes
Tabela 2.
#
[
]
, em
, calculados a partir das medidas da
#
[
]
1
___________
___________
6
___________
___________
2
___________
___________
7
___________
___________
3
___________
___________
8
___________
___________
4
___________
___________
9
___________
___________
5
___________
___________
10
___________
___________
Tabela 4: Capacitor de Placas Paralelas com Ar
Repita o processo para a Tabela 5, com os coeficientes calculados a partir das medidas da Tabela 3.
#
[
]
#
[
]
1
___________
___________
6
___________
___________
2
___________
___________
7
___________
___________
3
___________
___________
8
___________
___________
4
___________
___________
9
___________
___________
5
___________
___________
10
___________
___________
Tabela 5: Capacitor de Placas Paralelas com Papel
Em seguida faça os gráficos
seguir.
com estes pontos nas páginas milimetradas a
Determine as constantes dielétricas através dos gráficos preenchendo a Tabela 6, a seguir.
Ar
_____________
_____________
_____________
Papel
_____________
_____________
_____________
Tabela 6: Comparação entre as constantes dielétricas
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Figura 6: Capacitor de Placas Paralelas com Ar
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Figura 7: Capacitor de Placas Paralelas com Papel
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