Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos - IFSC. Capacitância. Prof. Dr. José Pedro Donoso

Transcrição

1 Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos - IFSC Capacitância Prof. Dr. José Pedro Donoso

2 Agradescimentos O docente da disciplina, Jose Pedro Donoso, gostaria de expressar o seu agradecimento as editoras LTC (Livros Técnicos e Científicos), Pearson Education e AMGH. Parte das figuras utilizadas nos slides foram obtidas dos livros textos Fisica de Tipler & Mosca, Fundamentos de Física de Halliday, Resnick e Walker e Física III de Young & Freedman, Física para Universitários de Bauer, Westfal e Dias, através do acesso ao material de apoio para os professores facilitados por essas editoras.

3 Capacitores Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

4 Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)

5 Capacitores: alguns são usados para armazenar energia e outros para filtrar frequências indesejadas Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

6 Capacitor conectados aos terminais de uma bateria A quantidade de carga transferida na bateria é Q = CV Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

7 Capacitor de placas paralelas As cargas das superfícies internas das placas têm o mesmo valor absoluto q e sinais opostos. Na região central, o campo elétrico produzido pelas placas é uniforme. Nas bordas, o campo não é uniforme. Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

8 Linhas de campo elétrico entre as placas de um capacitor de placas paralelas Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

9 Circuito formado por uma bateria, uma chave e as placas de um capacitor Unidade de capacitância no SI: farad 1 F = 1 coulomb por volt = 1 C/V Valores típicos: pf = F Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

10 Michel Faraday ( ) Uma das figuras mais importante na compreensão do eletromagnetismo. Ele explorou a relação entre eletricidade e magnetismo numa série de cuidadosas experiências realizadas na Royal Institution (Londres). Em 1831, ao ler a respeito do trabalho de Oersted, descubriu que a mudança do magnetismo perto de um fio produz uma corrente. Suas descobertas foram reconhecidas pela comunidade científica com o uso de seu nome para a unidade de capacitância e para a constante de Faraday. Serway, Physics (4th edition, 1996)

11 Símbolos usados para representar elementos de um circuito Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)

12 Capacitores conectados em série Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

13 Capacitores conectados em paralelo Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

14 Capacitor variável Capacitor usado em circuitos de sintonia de aparelhos de rádio. As placas semicirculares giram em relação as placas fixas, variando a área entre as placas Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

15 Detecção das ondas de rádio A antena captura as ondas de uma rádio emissora. A frequência da estação é sintonizada girando o controle que está ligado ao capacitor variável. Somente os sinais da frequência portadora dessa emissora serão amplificados. Time & Life, Máquinas e Invenções. Coleção Ciência e Natureza (Abril, 1997)

16 Capacitor cilíndrico Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

17 Capacitor com um dielétrico (a) Se a diferença de potencial entre as placas de um capacitor e mantida por uma bateria B, oefeito do dielétrico é aumentar a carga das placas. Se a carga das placas é mantida, o efeito do dielétrico é reduzir a diferença de potencial entre as placas. (b) O voltímetro mede a diferença de potencial entre as placas do capacitor Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

18 Efeito de um dielétrico num capacitor (a) Com uma dada carga, a diferença de potencial medida é V 0 (b) Com a mesma carga e um dielétrico entre as placas, e diferença de potencial é V menor que V 0 Young e Freedman, Sears Zemansky Física 3 (Pearson 2004)

19 Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

20 Capacitor eletrolítico Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

21 Variação da capacitância em teclados. Uma placa metálica presa a tecla atua como a placa superior de um capacitor. Ao pressionar-la, diminuímos a separação entre as placas aumentando a capacitância, e o circuito eletrônico do computador reconhece a tecla. Cutnell & Johnson, Physics (3rd edition. Wiley 1995) Tipler & Mosca, Física, volume 2 (6a edição, LTC, 2009)

22 Capacitância de um condensador cilíndrico Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

23 Cabo coaxial Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

24 Cabo coaxial Fishbane, Gasiorowicz, Thorton. Physics (1996)

25 Banco de capacitores para armazenamento de energia Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

26 Aplicação: marcapassos Marcapasso (pacemaker) implantado num paciente com um nódulo sinoatrial. Essa parte do coração é a que gera o sinal elétrico que estimula as batidas do coração. Para compensar, o marcapasso envia um pulso elétrico ao coração através de um eletrodo, a fim de manter as batidas regulares. Este dispositivo incorpora circuitos onde um capacitor é carregado e descarregado, alternadamente Young & Freedman, Sears & Zemansky Física III (Pearson, 2009)

27 Desfibrilador (DAE) Aparelho projetado para aplicar uma descarga no coração de uma pessoa que está com fibrilação ventricular O DAE fornece um pulso de corrente elétrica que estimula o coração a bater normalmente. O operador fixa os eletrodos no peito da pessoa que sofre o ataque e pressiona o botão de dar início. Se o DAE determinar que a pessoa está de fato sofrendo um ataque cardíaco, o operador pressionará o pulso elétrico. O DAE fornece 150 J de energia elétrica ao paciente. O capacitor é de ~ 100 µf ( V 1700 V). Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)

28 Banco de capacitores: National Ignition Facility (EUA) Um laser é alimentado por 192 módulos, cada qual formado por 20 capacitores de 300 µf ligados em paralelo e carregados sob uma diferença de potencial de 24 kv. Qual a energia armazenada? Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)

29 Capacímetro eletrônico Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) 2008 by W.H. Freeman and Company

30 Explosões de nuvens de pó Depósitos de grãos, minas de carvão, moinhos de trigo e industrias que lidam com pós Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

31 Referências bibliográficas Tipler & Mosca. Física para cientistas e engenheiros. Volume 2 (Editora LTC) 4 a edição (2000), 5 a edição (2006) ou 6 a edição (2009) Halliday, Resnick & Walker. Fundamentos da Física (LTC, 8 a ed. 2009, 9 a ed. 2012) Halliday, Resnick & Krane. Física 3 (LTC, 5a ed. 2004)) Young & Freedman, Sears Zemansky Física III (Pearson, 10 a ed 2003, 12 a ed 2008) Serway e Jewett. Princípios de Física, vol. 3: Eletromagnetismo (Cengage, 2004) Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)