Cap. 5. Capacitores e Dielétricos

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1 Cap. 5. Capacitores e Dielétricos 1

2 5.1. Definição de Capacitância Um capacitor consiste de dois condutores em oposição, separados por um meio isolante (dielétrico) e possuindo cargas de mesmo módulo mas de sinais contrários. V O capacitor é um componente usado em quase todo tipo de dispositivo eletrônico. Ele permite armazenar cargas elétricas na forma de um campo eletrostático e mantê-la durante um certo período, mesmo que a alimentação elétrica seja cortada. 2

3 A capacitância C é definida como a relação entre a carga e a diferença de potencial aplicada no capacitor. Símbolo: 1 F = 1C/V = 1 Farad (S.I.) +Q C -Q V 3

4 5.2. Formatos de Capacitores 4

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6 5.2. Capacitor de Placas Paralelas 6

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8 Ex. Calcule a capacitância do Capacitor paralelo abaixo sendo o dielétrico o ar. 8

9 5.3. Capacitor Cilíndrico 9

10 5.4. Capacitor Esférico 10

11 5.5. Associação de Capacitores Símbolo do Capacitor tensão Símbolo da Bateria de contínua Símbolo da chave (interruptor) 11

12 Ligação em Paralelo de Capacitores 12

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14 Associação em Série de Capacitores 14

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16 Ex. Calcule a capacitância equivalente entre os pontos a e b da combinação de capacitores abaixo. Todas as capacitâncias estão em microfarads (µf) 16

17 5.3. Energia Armazenada em um Capacitor Densidade de Energia em um Capacitor Se for de placas paralelas, também vale 17

18 5.4. Dois Capacitores de cargas de mesmo módulo mas de sinais contrários e submetidos à mesma d.d.p. inicial ( V i ) ligados em paralelo 18

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22 5.5. Capacitores com Dielétricos Dielétrico é um material não condutor colocado entre as placas de um capacitor. Ex.: óleo, papel, ar, borracha, cerâmica etc 22

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24 Constante Dielétrica = ConstanteDielétrica 24

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26 Ex.: Um capacitor de placas paralelas tem placas de dimensões de 2,0 cm por 3,0 cm separadas por um papel de 1,0 mm de espessura. a) Calcule a capacitância deste capacitor. 26

27 b) Calcule a máxima carga que pode suportar este capacitor. 27

28 Efeito de uma lâmina Metálica Um lâmina metálica é introduzida entre as placas de um capacitor de placas paralelas, conforme a figura abaixo. Encontre a capacitância resultante. 28

29 Capacitor Parcialmente Preenchido com um Dielétrico 29

30 6. Capacitor Eletrolítico O Capacitor eletrolítico internamente é composto por duas folhas de alumínio, separadas por uma camada de óxido de alumínio, enroladas e embebidas em um eletrólito líquido (composto predominantemente de ácido bórico ou borato de sódio). É um tipo de capacitor que possui polaridade, ou seja, não funciona corretamente se for invertido. Se a polaridade for invertida dá-se inicio à destruição da camada de óxido, fazendo o capacitor entrar em curto-circuito. Os capacitores eletrolíticos têm aplicações variadas, são utilizados em aplicações de fontes de alimentação, equipamentos industriais, de telecomunicações e automóveis, acoplamento, filtragem, temporizadores, etc. 30

31 7. Considerações Adicionais 7.1. Tensão Contínua Aplicada as Placas do Capacitor 31

32 7.2. Tensão Alternada Aplicada as Placas do Capacitor 32

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34 7.3. Processo Esquemático de Carregamento e Descarregamento de um Capacitor 34

35 7.4. Algumas Aplicações dos Capacitores - Os capacitores são a base da memória RAM, onde para cada bit de dados temos um capacitor e um transístor. O transístor se encarrega de ler e gravar o bit, enquanto o capacitor armazena-o. Quando o capacitor está descarregado temos um bit 0 e quando está carregado temos um bit 1. Como no caso da memória o capacitor mantém sua carga por apenas alguns milésimos de segundo, os dados precisam ser reescritos continuamente. É por isso que a memória RAM é volátil. 35

36 - O flash eletrônico em uma Câmera utiliza um capacitor, a pilha carrega o capacitor do flash durante vários segundos, e então o capacitor descarrega toda a carga no bulbo do flash quase que instantaneamente. -os capacitores também podem eliminar ondulações. Se uma linha que conduz corrente contínua (CC) possui ondulações e picos, um grande capacitor pode uniformizar a tensão absorvendo os picos e preenchendo os vales; 36

37 - um capacitor pode bloquear a CC. Se você conectar um pequeno capacitor a uma pilha, então não fluirá corrente entre os pólos da pilha assim que o capacitor estiver carregado (o que é instantâneo se o capacitor é pequeno). Entretanto, o sinal de corrente alternada (CA) flui através do capacitor sem qualquer impedimento. Isto ocorre porque o capacitor irá carregar e descarregar à medida que a corrente alternada flutua, fazendo parecer que a corrente alternada está fluindo; 37

38 - São utilizados em circuitos retificadores, circuitos ressonantes e em divisores de freqüências. Em um rádio, a antena capta as ondas que são emitidas pelas estações transmissoras e cada estação possui uma freqüência determinada. Na antena há um receptor que sintoniza inúmeras estações graças ao circuito ressonante. Esse circuito transforma corrente alternada em corrente contínua e é constituído basicamente por um capacitor variável que fica em paralelo com uma bobina. Para cada valor de capacitância do capacitor, o receptor ajusta o aparelho de rádio ao comprimento de onda que é transmitido pela emissora de rádio, ou seja, ele sintoniza a estação de rádio que corresponde a uma 38

39 - Os capacitores têm uma propriedade que é a de bloquear correntes contínuas e alternadas de baixas freqüências e facilitar a passagem de correntes alternadas de altas freqüências. Essa propriedade é utilizada para separar sons agudos de uma música, por exemplo, encaminhando esses sons para os altofalantes que são adequados para fazer a reprodução desse tipo de som. Esses auto-falantes são chamados de tweeter. Os sons graves são sons de baixas freqüências, e eles são reproduzidos pelos chamados woofers. Um capacitor, com capacitância e tipo adequado, faz o bloqueio dessas baixas freqüências deixando passar somente os sons de freqüências mais elevadas, que são os sons agudos. Dessa forma, ocorre a separação de sons agudos e graves. 39