Relatório carga e descarga de um capacitor

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CARGA E DESCARGA DE UM CAPACITOR
Capacitores são dispositivos que tem como função armazenar cargas elétricas e consequente energia eletrostática, ou elétrica através de um campo elétrico. Ele é constituído de dois eletrodos metálicos. Entre esses eletrodos existe um material dielétrico (isolante), cuja função é permitir que as placas sejam colocadas muito próximas sem o risco de que elas entrem em contato e de multiplicar a sua capacitância.
Carregamento Elétrico de um par de eletrodos metálicos
Objetos metálicos de forma geométrica adequada para uma aplicação específica em eletricidade são chamados eletrodos. Carrega-se eletrodos metálicos ligando-os a uma bateria ou pilha.
Qualquer outro par de objetos pode ser carregado eletricamente com cargas +Q e –Q utilizando uma pilha.
O módulo Q da carga dos objetos metálicos, resultante do processo de carregamento, é obtido da seguinte expressão:
Q= Módulo da carga elétrica C= Capacitância do par de objetos metálicos
Tensão elétrica da pilha
Acompanha-se a transferência de carga elétrica do processo de carregamento elétrico do par de eletrodos metálicos utilizando o amperímetro. A corrente elétrica medida pelo amperímetro é definida como a quantidade de carga que passa através dele por unidade de tempo:
No carregamento do par de eletrodos metálicos, a corrente elétrica I do carregamento varia com o tempo t exponencialmente de acordo com a seguinte equação:
Onde: R é a soma das resistências elétricas da pilha e de todos os cabos que conectam a pilha com o par de eletrodos metálicos. A capacitância C do par de eletrodos metálicos é medida em farad (F).
Para t=RC, a corrente elétrica de carga é igual à aproximadamente 0,37. Ou seja, a corrente elétrica neste tempo tem valor que é 63% menor que o valor inicial . O produto RC é constante de tempo do circuito de carga nos eletrodos metálicos.
A distribuição de carga elétrica devido ao carregamento elétrico na superfície de eletrodos metálidos é definida por , a densidade superficial de carga elétrica:
Q= Quantidade de carga elétrica (em coulombs) transferida no carregamento elétrico.
S= Área da superfície do eletrodo em m².
Unidades de  no SI= C/m².
Abaixo são representados as respectivas densidades de carga elétrica  devido ao carregamento elétrico com carga Q.
Eletrodos planos
= distância entre0
 0 os eletrodos
Eletrodos cilíndricos
R=raio do eletrodo maior; r= raio do eletrodo menor
Eletrodos esféricos
Circuito RC
Os capacitores são constituídos de dois eletrodos metálicos com as geometrias apresentadas. Os eletrodos metálicos são separados por um material isolante (dielétrico). O conjunto é encapsulado de forma a proteger os eletrodos e o dielétrico. Os capacitores eletrolíticos são dispositivos que apresentam capacitâncias na faixa de milifarad e microfarad e são usados em circuitos ligados a uma tensão elétrica CC. Esses dispositivos possuem polaridade fixa, ou seja, um dos seus terminais deve ser ligado sempre ao terminal positivo de uma pilha.
O carregamento elétrico com carga Q=CV é a aplicação básica de um capacitor quando ligado a uma fonte de tensão elétrica CC. Outras propriedades do capacitor são exploradas em teoria dos circuitos que operam em CA. Assim, o capacitor pode ser representado por uma reatância capacitiva. Utilizando essa propriedade do capacitor juntamente com as propriedades da reatância dos indutores, podem-se construir os circuitos de filtros elétricos que são fundamentais nos circuitos sintonizadores de comunicação.
A energia potencial elétrica U armazenada no capacitor é obtida por integração do incremento de energia dU quando uma carga dQ é transferida pela pilha:
A equação pode ser reescrita para a energia potencial elétrica U ficar em função da carga do capacitor:
Um capacitor de capacitância C em série com um resistor de resistência R constitiui o circuito RC. É um circuito de componentes discretos que é utilizado em fontes de tensão CC eletrôncias logo após a ponte de diodos. A corrente elétrica do carregamento Io e do descarregamento Id variam com o tempo. Esta equação pode ser deduzida utilizando a lei de Kircchoff das malhas para o circuito RC. Tomando o logaritmo, deduz-se que ln(Io) é linear com o tempo t e que a constante de proporcionalidade é o inverso da constante de tempo com o circuito RC:
OBJETIVO GERAL
Nesta pratica temos como objetivo analisar o comportamento da corrente em função do tempo durante o processo de carga e descarga de um capacitor. Utilizamos um capacitor eletrolítico de placas paralelas e capacitância C em série com um resistor de resistência elétrica R. Essa montagem é chamada de circuito RC. Ligamos então o circuito a uma fonte de tensão de 1.5v para medir as correntes elétricas do carregamento Ic e do descarregamento Id do capacitor em função do tempo t. Faremos o gráfico ln(L)xt para calcular a capacitância C do capacitor eletrolítico utilizado no circuito RC. E por fim, comparamos o valor obtido com o valor nominal fornecido pelo fabricante.
PROCEDIMENTOS
Mediremos o tempo que leva para um capacitor carregar e descarregar medindo e montando uma tabela para o tempo de acordo com a corrente. De onde podemos montar gráficos para a corrente em relação ao tempo.
Material utilizado:
01 capacitor eletrolítico de 1000 F
01 resistor de 22KΩ
01 fonte regulada em 1,5V
01 cronômetro digital
01 microamperímetro de zero central
04 fios de ligação
Deixamos livre uma das extremidades do fio ligado ao resistor de 22 kΩ para ser conectada ao polo positivo da fonte. Em seguida, conectamos a ponta livre do fio ao ponto B. Neste instante de tempo a corrente elétrica de carga dá um salto para o valor acima de 50 A. Quando a corrente elétrica cair e atingir o valor de 50 A disparamos o cronômetro. Imediatamente preparamos para ativar a chave lap no cronômetro. Quando o microamperímetro indicar o valor zero para corrente elétrica do carregamento dê início ao descarregamento do capacitor. Retiramos a ponta livre do ponto B ligando-a rapidamente em A e acionando a chave lap para os valores indicada na tabela 2, anotando na mesma o tempo.
RESULTADOS
Carregamento e descarregamento elétrico do capacitor
Tabela 1(carregamento):
	Ic(A)
	50
	45
	40
	35
	30
	25
	20
	15
	10
	5
	 t(s)
	0
	3,4
	7,9
	11,5
	15,7
	21,4
	28,0
	38,1
	51,5
	88
Tabela 2(descarregamento):
	Id(A)
	-50
	-45
	-40
	-35
	-30
	-25
	-20
	-15
	-10
	-5
	 t(s)
	0
	4,3
	8,2
	12,1
	16,2
	21,7
	26,7
	34,5
	46,5
	69,5
Gráfico do carregamento:
Gráfico do descarregamento:
Valores da Carga obtidos:
Carregamento:
Descarregamento:
Calculo da energia potencial:
	 8
	
	 RELATÓRIO DO LABORATÓRIO DE FISCA III
Rômulo Castro Silva – Engenharia Mecatrônica
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	Rômulo Castro Silva | Engenharia Mecatrônica 
	
CONCLUSÃO
Pode-se concluir que o experimento realizado que a carga e a descarga do capacitor estão relacionadas com um aumento ou diminuição drástica em intervalos de tempo próximos a zero segundo, logo conclui-se que é muito fácil carregar um capacitor rapidamente, mas também descarregá-lo em questões de segundos, observa-se que ambos possuem um limite de carga seja para menos (tendendo a zero de diferença de potencial); seja para mais (tendendo a diferença de potencial máxima do capacitor).
BIBLIOGRAFIA:
Livros – Caderno de Laboratório – Física III Eletromagnetismo
HALLIDAY, David;RESNICK, Robert;WALKER, jearl. Fundamentos de física: Volume 3 : eletromagnetismo. 8.ed. Rio de janeiro : LTC - Livros Técnicos e Científicos,c2009.
TIPLER, Paul Allen;MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros : volume: 2 eletricidade e magnetismo,ótica.6. ed.Rio de Janeiro:LTC - Livros Técnicos e Científicos,c2009