Garrafa de Leyden Dielétricos

Transcrição

1 Garrafa de Leyden A garrafa de Leyden foi a invenção precursora de uma das mais importantes peças utilizadas nos circuitos atuais: o capacitor. A sua função é armazenar cargas. Como a garrafa de Leyden, um capacitor nada mais é do que um arranjo de dois materiais condutores, de tal forma que ambos tenham a mesma quantidade de carga, porém com sinais opostos.entretanto, os metais devem permanecer separados por um material não condutor afim de que não haja transferência de elétrons entre eles. A capacidade de armazenar cargas, chamada de capacitância, depende crucialmente das propriedades deste material isolante. Dielétricos. Sabemos que cargas elétricas criam campos elétricos.o que vamos analisar agora é o efeito de tal campo sobre um material não condutor. Para tal necessitamos fazer uma análise microscópica da matéria. Qualquer análise profunda passa necessariamente pela mecânica quântica, entretanto adotaremos modelos mais simples capazes de explicar (ao menos qualitativamente) os fenômenos que desejamos. Todo material é constituído por átomos e/ou moléculas. Essas moléculas podem ser polares ou apolares. No caso da água, que é polar, os dipolos das moléculas normalmente ficam orientados aleatoriamente. Mas se a água estiver numa região que contenha um campo elétrico (dentro de um capacitor, por exemplo) as moléculas giram, tentando se alinhar com o campo. Esse alinhamento não é perfeito, devido à agitação térmica.dizemos que a água fica polarizada e por isso é incluída entre os materiais dielétricos (duas eletricidades).

2 A polarização da água acumulará cargas positivas próximas da placa negativa e cargas negativas próximas da placa positiva.

3 Cargas superficiais provocam um campo elétrico induzido oposto ao campo criado pelas cargas do capacitor. Que acaba por diminuir o campo elétrico original. O efeito da polarização das moléculas de água é o de diminuir a quantidade de cargas positivas na região da placa positiva e a quantidade de cargas negativas na região da placa negativa. Conseqüentemente o campo elétrico do capacitor com água será menor que o campo elétrico do capacitor sem água. O campo elétrico dentro do capacitor é reduzido por um fator K, chamado constante dielétrica, que varia de um material para o outro. Se quisermos obter o campo que tínhamos antes, temos que colocar mais cargas no capacitor. Como resultado final colocamos uma quantidade de carga K vezes maior do que a que era possível sem o dielétrico, para um mesmo campo. Assim podemos armazenar mais cargas no capacitor.com isso a capacitância de um capacitor preenchido com um material dielétrico é maior do um capacitor sem dielétrico.você pode fazer este teste tentando carregar a garrafa de leyden sem água e com água. Qual você acha que carrega mais? Mas o que acontece se a capacidade de polarização das moléculas for atingida e ainda assim continuarmos carregando o capacitor? Se continuarmos carregando o capacitor a alta intensidade do campo elétrico irá dissociar as moléculas do material, o que irá produzir faíscas e pode danificar o capacitor além de descarregá-lo. Quando isto ocorre dizemos que o campo elétrico rompeu a rigidez dielétrica do material e ele, que antes era isolante, agora é condutor.

4 Garrafa de Leyden A garrafa de Leyden foi a invenção precursora de uma das mais importantes peças utilizadas nos circuitos atuais: o capacitor. A sua função é armazenar cargas. Como a garrafa de Leyden, um capacitor nada mais é do que um arranjo de dois materiais condutores, de tal forma que ambos tenham a mesma quantidade de carga, porém com sinais opostos.entretanto, os metais devem permanecer separados por um material não condutor afim de que não haja transferência de elétrons entre eles. A capacidade de armazenar cargas depende crucialmente das propriedades deste material isolante. Uma molécula polar, como o próprio nome diz, possui pólos positivos e negativos. Como no caso da molécula de água, representada na figura.o átomo de oxigênio puxa para si os dois elétrons dos átomos de hidrogênio. Isso dá origem a um dipolo elétrico permanente. desenho molécula polar Um dipolo elétrico é constituído de duas cargas opostas, mantidas ligadas entre si, mas separadas por pequena distância (como, por exemplo, na molécula HF). Representamos esse dipolo por uma seta, como na figura. Quando submetidas a um campo elétrico, as partes positiva e negativa do dipolo sofrem forças em sentidos opostos. O efeito dessas forças é girar o dipolo, até que se alinhe com o campo elétrico externo. A molécula de água, na verdade, possui mais de dois pólos, mas você pode verificar que a também deve sofrer uma rotação, quando exposta a um campo elétrico.

5 Em muitas moléculas a nuvem eletrônica negativa está centrada no núcleo positivo e esta não apresenta pólos. Neste caso a molécula recebe a denominação de apolar, isto é, sem pólos. No entanto quando esta molécula é exposta a um campo elétrico, este produzirá forças em sentidos opostos sobre os elétrons e sobre o núcleo, formando-se um dipolo. Este não é permanente, mas existe apenas enquanto atua o campo elétrico.