CAPACITOR. Simbologia: Armazenamento de carga

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1 CAPACITOR O capacitor é um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. É composto por duas placas de material condutor, eletricamente neutras em seu estado natural, denominadas armaduras, separadas por um material isolante denominado dielétrico. armaduras dielétrico Simbologia: Armazenamento de carga Ao conectar o capacitor a uma fonte CC o potencial da bateria aplicado a cada armadura faz surgir um campo elétrico entre as armaduras, onde o polo positivo da fonte absorve elétrons da armadura em que esta conectado, fazendo com que a armadura adquira um potencial positivo, e o polo negativo fornece elétrons à armadura em que esta conectado, fazendo a armadura adquirir um potencial negativo. (fig. 1). A tensão nas armaduras do capacitor ficará com um valor próximo ao da fonte. Podemos considerar a tensão da fonte igual ao do capacitor para efeitos práticos. Quando isso acontece dizemos que o capacitor esta carregado. (fig.2).

2 placa positiva 1,5V placa negativa Fig. 1 Fig. 2 Descarga do capacitor Colocando uma carga em um capacitor carregado teremos uma circulação de corrente no circuito, pois o capacitor atua como uma fonte de tensão. Os elétrons em excesso em uma das armaduras se movimentam para a outra armadura onde há falta de elétrons até que se estabeleça o equilíbrio de potencial entre elas, diminuindo a diferença de potencial entre elas até chegarmos a uma diferença de potencial de praticamente zero. Neste ponto dizemos que o capacitor esta descarregado. capacitor em descarga Capacitância A capacidade de um capacitor armazenar carga depende de alguns fatores: - Área das armaduras: Quanto maior a área da armadura, maior a capacidade de armazenar carga; - Espessura do dielétrico: Quanto mais fino o dielétrico, mais próximas estão as armaduras, aumentando o campo elétrico entre elas aumentando o armazenamento de k x Q1 x Q2 cargas (lembre: F d 2 ; - Material do dielétrico: Quanto mais isolante é o dielétrico, maior a capacidade de armazenamento. A capacidade de um capacitor armazenar carga é denominada de capacitância e a unidade de medida no S.I. é o farad (F).

3 Assim, capacitância é a quantidade de carga armazenada por uma determinada tensão elétrica, ou seja: Onde: C é a capacitância em farad [F]; Q é a carga elétrica em coulomb [C]; V é a diferença de potencial ou tensão elétrica aplicada, em volts [V]. Geralmente 1 farad é muito grande, então comumente utiliza-se os submúltiplos, como tabela a seguir: Unidade Símbolo Valor com relação ao farad microfarad µf 10-6 F ou 0, F nanofarad nf (ou KpF) 10-9 F ou 0, F picofarad pf F ou 0, F Tensão de trabalho Outra característica importante em um capacitor é a tensão de trabalho. Esta tensão é a máxima que um capacitor pode operar sem que haja risco de rompimento do dielétrico. Uma tensão maior que a especificada provoca curto no componente. Associação de Capacitores Como nos resistores, os capacitores podem ser ligados entre si formando associações em paralelo, em série ou mistas. -associação em paralelo: Consegue-se maior valor de capacitância. Para calcularmos a capacitância total da associação de capacitores em paralelo, vamos lembrar-nos da Lei de Kirchhoff para Corrente, LKC, que como estudamos, podemos aplicar em circuitos em paralelo, onde temos que a corrente que entra ou sai de um nó é igual a soma das correntes que derivam neste nó, ou seja: Itotal = I1 I2 I3... In Se lembrarmos de que I e substituirmos I na fórmula temos:

4 Como o tempo é igual para todos os pontos da associação, se passar o t da igualdade para o outro lado da equação, podemos simplificar o t, ficando: Qtotal Q1 Q2 Q3... Qn De acordo com a equação de capacitância temos que, portanto, Q = C xv. Substituindo Q na fórmula temos: C T x V T = C 1 x V 1 C 2 x V 2 C 3 x V 3 C n x V n Como na associação em paralelo a tensão é a mesma em todos os pontos, Se passarmos a tensão total dividindo o segundo membro da igualdade podemos simplificar V, chegando à fórmula final, portanto: A capacitância total (C T ) da associação em paralelo de capacitores é a soma das capacitâncias individuais : C T = C 1 C 2 C 3... C n [F] Na associação em paralelo, a máxima tensão que pode ser aplicada ao circuito é a menor tensão da associação. É importante lembrar que a tensão alternada que medimos no multímetro é a tensão eficaz. Temos que lembrar que a resultante é a tensão de pico, tendo que fazer a conversão da tensão eficaz para tensão de pico para aplicarmos o capacitor correto: VACpico = VACeficaz *. - associação em paralelo de capacitores polarizados: Quando associamos capacitores polarizados em paralelo temos que ligar em conjunto terminais positivos com positivos e negativos com negativos como o exemplo abaixo. Vale lembrar que capacitores polarizados somente são usados em circuitos de corrente contínua por não haver troca da polaridade da tensão. C C 2 - associação em série: consegue menores valores de capacitância e tensões de trabalho maiores.

5 Para calcularmos a capacitância total da associação de capacitores em série, vamos lembrar-nos da Lei de Kirchhoff para Tensão, LKT, que como estudamos, podemos aplicar em circuitos em série, onde temos que a tensão de alimentação do circuito é igual a soma das quedas de tensão do circuito, ou seja: Vtotal = V1 V2 V3... Vn De acordo com a equação de capacitância temos que Substituindo V na fórmula temos:, portanto,. Como na associação em série a corrente é a mesma em todos os pontos, e como o tempo de observação é o mesmo, mais uma vez podemos associar que I = Q. Portanto, se passarmos Qtotal total dividindo o segundo membro da igualdade podemos simplificar Q, chegando à fórmula final, portanto: Na associação em série, a capacitância total é menor que o menor capacitor da associação : C T = [F] Para dois capacitores diferentes podemos fazer: C T = Para associação em série de n capacitores iguais: [F] C T = [F] Onde: C é a capacitância de um Capacitor da associação. n é a quantidade de capa citores da associação. Em qualquer um dos casos o valor da capacitância deve estar na mesma unidade. Na associação em série a tensão aplicada se divide igualmente entre os capacitores da associação se estes tiverem a mesma capacitância. Se diferente, quanto maior a capacitância, menor a tensão, quanto menor a capacitância, maior a tensão. Na prática, geralmente usa-se associar capacitores com a mesma capacitância e mesma tensão de trabalho. - associação em série de capacitores polarizados: Ao associar capacitores polarizados em série, sucessivamente o terminal positivo de um capacitor vai ligado ao terminal negativo de outro. Mais uma vez, é importante lembrar que capacitores polarizados devem ser usados em circuitos CC (corrente contínua).