Apostila de Física 36 Capacitores

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1 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: C Constante de proporcionalidade do condutor. Q = CV 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 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.

3 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 + U Un Capacitor equivalente é a soma dos capacitores inversos: Associação em série de n capacitores iguais:

4 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 + Q Qn Todos os capacitores apresentam a mesma ddp. U = U1 = U2 = U3 =... = Un Capacitor equivalente é a soma dos capacitores: CP = C1 + C2 + C 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:

5 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: Ddp do capacitor com dielétrico: KVÁCUO = 1 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.

6 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.

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