Sumário. Campo e potencial elétrico. V k. Capacidade de um condutor isolado

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1 Sumário Unidade II Eletricidade e Magnetismo 1- - Capacidade de um condensador. - Energia elétrica armazenada: condensadores. APSA 23 Capacidade de um condensador. Capacidade de um condutor isolado Consideremos uma esfera condutora de raio, isolada, com carga elétrica. O potencial elétrico é dado por: k Desta expressão podemos escrever que: k 1

2 Capacidade de um condutor isolado Como /k é constante para uma dada esfera, verifica-se que existe uma proporcionalidade direta entre a carga () da esfera condutora e o potencial elétrico (). k A esta constante de proporcionalidade chamamos capacidade elétrica (C), dum condutor. C Capacidade de um condutor isolado Define-se capacidade de um condutor isolado, como a relação entre a carga elétrica () e o potencial () a que o condutor fica depois de restabelecido o equilíbrio. C A unidade SI de capacidade de um condutor isolado é o farad (F), em homenagem ao físico inglês Michael Faraday. Definição de farad é a capacidade elétrica de um condutor isolado que fica ao potencial de 1 quando se lhe fornece a carga de 1C. 2

3 Num condutor isolado a carga e o potencial são diretamente proporcionais C O farad A capacidade de um farad, 1 F, é muito grande e dificilmente realizável na prática! As capacidades dos condutores são normalmente expressas em submúltiplos do farad, como por exemplo, o picofarad (pf), nanofarad (nf) e o microfarad (µf). Demonstração de que 1 F é uma unidade muito grande, através da capacidade de um condutor esférico (determinação do raio do condutor). k C C k 9, m Sol = 6,96 x 10 8 m 3

4 Condensadores Um condensador é um dispositivo capaz de armazenar energia elétrica. Exemplos: Condensador do museu da FCTUC Garrafa de Leiden Condensadores cerâmicos, eletrolíticos e poliéster Componentes dum condensador Um condensador é constituído por dois condutores armaduras e por um isolador dielétrico, interposto entre as armaduras. Coletora recebe as cargas elétricas Armaduras Condensado ra aumenta a capacidade Condensado r da armadura coletora Isolador ou dielétrico 4

5 Capacidade de um condensador A capacidade, C, de um condensador é igual à razão entre a carga,, da armadura coletora e a diferença de potencial, A - B, entre as armaduras. C A B ou C U Capacidade de um condensador plano O condensador mais simples é o condensador plano, constituído por duas placas metálicas muito próximas. A capacidade de um condensador plano depende da área A das placas e da distância d entre elas: quanto maior for a área e menor a distância entre as placas, maior será a capacidade. A expressão que traduz esta relação é: C A d 5

6 Capacidade de um condensador plano C A d C exprime-se em farad, F exprime-se em farad por metro, F m -1 A exprime-se em metro quadrado, m 2 d exprime-se em metro, m Permitividade do vazio, 0 = 8,854 x F m -1 ou C 2 N -1 m -2 Capacidade de um condensador plano A introdução de um dielétrico de permitividade entre as placas faz diminuir a diferença de potencial, pois há polarização do meio. Desse modo, a capacidade do condensador aumenta. C U Se a diferença de potencial entre as armaduras ultrapassar um certo limite (tensão de disrupção), produz-se uma faísca entre as armaduras e o condensador descarrega, podendo mesmo danificar-se. 6

7 Energia de um condensador Para carregar um condensador é necessária energia, que fica armazenada sob a forma de energia potencial elétrica. Demonstra-se experimentalmente que a energia armazenada é dada por: 1 E U 2 Como a capacidade de um condensador é C = /U, podemos escrever ainda a energia de um condensador nas seguintes formas equivalentes: 1 E CU E 2 C Energia de um condensador Um condensador é, assim, um dispositivo que permite armazenar energia potencial elétrica, podendo esta manifestar-se como uma corrente elétrica para fazer funcionar, por exemplo, um pequeno motor elétrico ou uma lâmpada, etc. 7

8 Algumas aplicações dos condensadores Nos desfibriladores cardíacos, usados depois de uma crise cardíaca, para ajudar o coração a voltar ao seu ritmo normal; estes utilizam a energia elétrica armazenada em condensadores. Nos flashes eletrónicos das máquinas fotográficas. Nos circuitos integrados de computadores e de outros equipamentos eletrónicos. Nos circuitos de retificação de corrente alternada. No teclado de computadores e botões de sintonização de rádios, etc. Exemplos de códigos de condensadores 8

9 TPC Exercícios da APSA 23 que que ficarem por fazer. 9