Apostila de Física 36 – Capacitores

Apostila de Física 36 – Capacitores
1.0 Definições
Na presença de um condutor neutro, um condutor eletrizado pode armazenar
mais cargas elétricas com o mesmo potencial elétrico.
Capacitor ou condensador – Componente que armazena energia num campo
elétrico.
Um capacitor é formado por 2 condutores elétricos – Armaduras do capacitor:
1 condutor carregado positivamente – Condutor A.
1 condutor neutro – Condutor B.
O condutor A é envolvido pelo condutor B – Indução total de B.
Liga-se o condutor B à terra – Desaparecem do condutor B as cargas
positivas.
As cargas são separadas uma da outra por um isolante.
Carga de um capacitor – Carga ‘Q’ de sua armadura positiva.
Ddp de um capacitor – Ddp entre as suas armaduras positiva e negativa.
Representação gráfica do capacitor:
2.0 Capacitância Eletrostática
Considere um condutor isolado e neutro.
Após a sua eletrização, a carga ‘Q’ e o seu potencial elétrico ‘V’ são
proporcionais:
Q = CV
C – Constante de proporcionalidade do condutor.
Dois condutores num mesmo meio sob o mesmo potencial – Armazenará mais
cargas elétricas quem tiver a maior constante de proporcionalidade.
A constante de proporcionalidade mede a capacidade de um condutor armazenar
cargas elétricas – Recebe o nome de capacitância ou capacidade eletrostática do
condutor isolado.
Unidade – Farad (F); Coulomb por volt.
2.1 Condutores Esféricos
A capacitância eletrostática de um condutor esférico é diretamente proporcional
ao seu raio.
A capacitância elétrica é sempre positiva – Não depende da carga nem do
material que o constitui.
3.0 Equilíbrio Elétrico de Condutores
Considere 3 condutores:
Capacitâncias – ,
e .
Cargas – ,
e .
Potenciais elétricos – , e .
Bem afastados.
Ao ligar os condutores por meio de fios condutores:
Adquire-se equilíbrio elétrico dos condutores.
Adquire-se um potencial elétrico comum (V).
Adquirem-se cargas novas – ,
e .
Princípio de conservação das cargas elétricas:
4.0 Capacitor Plano
Formado por 2 armaduras planas iguais, cada uma com área ‘A’, colocadas a
uma distância ‘d’.
Capacitância eletrostática do capacitor plano – Varia com a natureza do isolante:
- Constante de proporcionalidade.
Constante de proporcionalidade – Permitividade ou permissividade absoluta do
vácuo.
Relacionando a permitividade absoluta e a constante da Eletrostática no vácuo:
Ddp entre as armaduras do capacitor:
U = Ed
Campo elétrico uniforme entre as armaduras do capacitor:
5.0 Associação de Capacitores
Capacitor equivalente – Capacitor que, eletrizado com a mesma carga que a da
associação, possui a mesma ddp.
5.1 Associação de Capacitores em Série
Todos os capacitores apresentam mesma carga.
A ddp aplicada à associação é a soma das ddps dos capacitores associados.
U = U1 + U2 + U3 + ... + Un
Capacitor equivalente é a soma dos capacitores inversos:
Associação em série de ‘n’ capacitores iguais:
2 Capacitores em série:
5.2 Associação de Capacitores em Paralelo
Permite aumentar a capacitância de cada um.
A carga aplicada à associação é a soma das cargas dos capacitores associados.
Q = Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn
Todos os capacitores apresentam a mesma ddp.
U = U1 = U2 = U3 = ... = Un
Capacitor equivalente é a soma dos capacitores:
CP = C1 + C2 + C3 + ... + Cn
Associação em série de ‘n’ capacitores iguais:
CP = nC
6.0 Energia Potencial Armazenada no Capacitor
O gerador, ao carregar o capacitor, fornece-lhe energia potencial elétrica – Dada
numericamente pela área do gráfico Q x U:
7.0 Dielétricos
Dielétricos ou isolantes – Substâncias que não conduzem corrente elétrica, por
não existirem cargas elétricas livres em seu interior.
Preenchendo o espaço entre ar armaduras co um dielétrico:
A capacitância do capacitor aumenta ‘K’ vezes.
A ddp entre as armaduras do capacitor diminui ‘K’ vezes.
A intensidade do campo elétrico diminui ‘K’ vezes.
A intensidade da força elétrica diminui ‘K’ vezes.
Constante dielétrica do isolante – Grandeza adimensional:
KVÁCUO = 1
Ddp do capacitor com dielétrico:
Intensidade do campo elétrico:
Intensidade da força elétrica:
7.1 Rigidez Dielétrica do Isolante
Aumentando-se a ddp, aumenta-se a intensidade do campo entre as armaduras –
Um campo elétrico intenso pode arrancar elétrons dos átomos do dielétrico, gerando sua
ionização.
Rigidez dielétrica do isolante – Valor máximo do campo elétrico que um
isolante suporta sem ionizar.
Se a rigidez dielétrica do isolante for superada, tem-se uma faísca entre as
armaduras – Danifica o capacitor.
8.0 Funcionamento do Flash Eletrônico
Fase de carga do capacitor:
Liga-se o gerador às placas do capacitor por meio da chave Ch.
O capacitor é carregado.
A lâmpada não se acende – Não participa do circuito nessa parte.
Fase de dispara do flash:
Liga-se o gerador à lâmpada por meio da chave Ch.
O capacitor é descarregado.
A lâmpada emite uma luz brilhante até que o capacitor se descarregue
completamente.