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Departamento de Física - UFF
Fis Exp II – 2022.1 Turma: AC
Nomes: Daniel Peçanha Simões
Ana Caroline Gomes Silva
Iury Quintes dos Santos
Gabriel Santana Ponce Pasini
Capacitores
Este laboratório usa o simulador Capacitor Lab: Basics da PhET Simulações Interativas da Universidade de Colorado
Boulder, sob a licença CC-BY 4.0.
Use o link para acessar o simulador:
https://phet.colorado.edu/sims/html/capacitor-lab-basics/latest/capacitor-lab-basics_en.html
Introdução
Clique em "Capacitância".
Reserve um momento para examinar a simulação e aprender sobre cada uma das funções.
Clique no botão Redefinir quando terminar.
C - Capacitância (F)
V - Potencial (V)
Q - Carga (C)
Para um capacitor de placa paralelo, a capacitância (C) depende da área das placas, da distância entre as placas e do
meio entre as placas. Como a simulação não tem uma opção dielétrica, definiremos κ = 1.
A capacitância é então dada como:
C=ε0A/d
A carga nas placas é dada como:
Q=CV
Quando o capacitor está conectado à bateria, a carga se acumula no capacitor.
A diferença de potencial nas placas está relacionada ao campo elétrico como:
V=Ed ou E=Vd
A energia potencial (energia armazenada) em um capacitor carregado é armazenada no campo elétrico entre as placas:
U=½ * C * V^2
Quando o capacitor é desconectado do circuito, a carga nas placas permanece constante.
Quando o capacitor é conectado a um resistor, como uma lâmpada, ele descarrega (perde sua carga).
Algumas informações antes de começarmos:
Todos os parâmetros (cargas da placa, gráficos de barras, campo elétrico e direção da corrente) devem ser
selecionados.
Todos os parâmetros (capacitância, carga da placa superior e energia armazenada) devem ser selecionados.
Lembre-se de que a carga da placa superior nunca exibe negativo. A carga positiva ocorre quando o gráfico é
vermelho e o negativo é azul.
Conecte o voltímetro no capacitor colocando o vermelho na placa superior e o preto na parte inferior. Verifique
se a voltagem no voltímetro é igual à voltagem da bateria. Se o voltímetro apresentar negativo, troque o
vermelho e o preto.
A quantidade de corrente depende do brilho da seta. Se a seta estiver desaparecendo, a corrente está
diminuindo. Se a seta ficar mais brilhante, a corrente está aumentando. Se não houver flecha, não há corrente.
Fazendo previsões:
Capacitor conectado à bateria
1. Com base nas equações acima, você acha que cada das quantidades listadas Q, C, V, E e U terá um aumento (aum),
diminuição (dim) ou permanecerá a mesma (mes) quando cada uma das seguintes alterações forem feitas?
Quantidade Aumenta separação Aumenta área da
placa
Aumenta V da
bateria
Capacitância (C) do capacitor dim aum mes
Carga (Q) em cada placa dim aum aum
Voltagem (V) do capacitor mes mes aum
Campo elétrico (E) entre as
places
aum mes aum
Energia armazenada (U) do
capacitor
dim aum aum
Capacitor desconectado da bateria
2. Indique se as quantidades listadas Q, C, V e U aumentarão (aum), diminuirão (dim) ou permanecerão as mesmas (mes)
se cada uma das seguintes alterações forem feitas?
Quantidade Aumenta Separação Aumenta Área da
Placa
Carga (Q) em cada placa mes mes
Capacitância (C) do capacitor dim aum
Voltagem (V) do capacitor aum dim
Energia armazenada (U) do
capacitor
aum dim
Simulando o capacitor:
Capacitor conectado à bateria
Aumente lentamente a voltagem da bateria para 0,75 V.
3. A corrente aumenta ou diminui ao carregar um capacitor?
Diminui
4. Como fica a corrente quando um capacitor está totalmente carregado? Por quê?
Não há corrente, pois a quantidade de carga armazenada nas placas é máxima, então o movimento dos elétrons
cessa.
5. Qual é a direção do campo elétrico? Por quê?
O campo elétrico aponta da placa que possui o maior potencial para o que possui menor potencial. a placa
superior está conectado no polo positivo de 1.5 volts na bateria, enquanto a placa inferior está conectada no polo
negativo de 0 volts, então, o campo elétrico aponta para baixo, saindo da placa positiva e indo para a negativa.
Que mudanças aum (aumento) ou dim (diminuição) você teve que fazer em cada um dos parâmetros listados, separação,
área e voltagem para causar um aumento nas quantidades Q, C, V e U? Se uma alteração de parâmetro não causar
alteração na quantidade indique mes (mesmo).
Quantidade Separação Área da placa V da bateria
Aumento da capacitância (C) do
capacitor
dim aum mes
Aumento da carga (Q) em cada placa dim aum aum
Aumento da voltagem (V) do capacitor mes mes aum
Aumento da energia armazenada (U) do
capacitor
dim aum aum
Mude a polaridade da tensão da bateria de 0,75 V para -0,75 V.
6. Depois dessa mudança, qual é a direção do campo elétrico?
O campo elétrico muda de direção uma vez que a concentração de cargas positivas vai para a placa inferior
(pólos positivos e negativos da bateria são invertidos), sendo assim os vetores vão de baixo para cima.
Capacitor desconectado da bateria
Que mudanças (aumento ou diminuição) você fez em qualquer um dos parâmetros, Separação ou Área, que causaram
um aumento nas quantidades Q, C, V e U? Inclua uma explicação do motivo pelo qual cada quantidade causou ou não
uma alteração. Você pode usar equações ou palavras em suas explicações.
7. Aumente a carga Q em cada placa:
Não é possível, visto que a bateria é a fonte da separação de cargas que produz a diferença de potencial, sem a
bateria essa separação não ocorre
8. Aumente a capacitância C do capacitor:
Pode-se diminuir a distância entre as placas ou aumentar a área destas, o que fica claro pela fórmula da
capacitância, C=ε0A/d, que mostra que esta é diretamente proporcional à área e inversamente proporcional à distância
entre as placas.
9. Aumente a voltagem V no capacitor:
Aumentando a distância e/ou diminuindo a área das placas. Com a equação Q=CV e sabendo que a carga Q é
constante, vemos que a relação entre capacitância e voltagem é inversamente proporcional, então ao diminuir a
capacitância aumentando a distância ou diminuindo a área, a voltagem deve aumentar para manter a carga Q.
10. Aumente a energia armazenada U do capacitor.
Aumentando a distância e/ou diminuindo a área das placas. Pela relação U=½ * C * V^2, apesar da relação
proporcional entre capacitância e voltagem, a energia potencial é diretamente proporcional ao quadrado da voltagem,
portanto para aumentar a mesma deve-se aumentar a voltagem, como explicado anteriormente.
Na parte inferior da simulação, clique em "Lâmpada".
Reserve um momento para examinar a nova simulação e ver como isso difere. Você deve notar que tudo é o mesmo,
exceto agora que existe uma lâmpada (um resistor) para que você possa descarregar o capacitor.
Aplique uma tensão de 1,5 V para carregar o capacitor.
Fazendo previsões.
Conecte o capacitor à lâmpada
11. Com o capacitor inicialmente carregado, como você acha que cada uma das quantidades mudará (aumentará,
diminuirá ou permanecerá a mesma) após o capacitor ser conectado à lâmpada?
Carga da
placa
superior
Capacitância Voltagem do
Capacitor
Energia
armazenada
Brilho da
lâmpada
Alterações dim mes mes dim aum
Simulando o capacitor.
Conecte o capacitor à bateria e ajuste a tensão da bateria para 1,5 V.
12. Registre valores para as seguintes quantidades:
Carga da placa
superior
Capacitância Voltagem do
capacitor
Energia
amarzenada
Valor 0,44 pC 0,30 pF 1,500 V 0,33 pJ
13. Conecte o capacitor inicialmente carregado à lâmpada. Registre as alterações (aumenta, diminui ou permanece o
mesmo) enquanto o capacitor descarrega. (Talvez seja necessário repetir esse processo algumas vezes para ver todas as
alterações.)
Carga da
placa
superior
Capacitância Voltagem do
capacitor
Energia
armazenada
Brilho da
lâmpada
Alterações dim mes dim dim aum
14. A corrente aumenta ou diminui ao descarregar um capacitor? Por quê?
O descarregar de um capacitor significa que o sistema está aberto, logo, o fluxo de energia se esvai, e assim as
cargas ficamcada vez menos em movimento, até que pare completamente. Dessa forma, ao descarregar um capacitor,
podemos afirmar que a corrente diminui, visto que, esse movimento entre cargas é diminuído e para ser corrente
elétrica as cargas precisam estar em movimento.
Conclusão.
15. Como carregamos um capacitor?
Aplicando uma diferença de potencial entre suas placas.
16. Como descarregamos um capacitor?
Conectando as duas placas à um resistor através de um condutor.
17. O que significa dizer que o capacitor está descarregando?
Com a conexão das placas à um resistor, cria-se uma corrente elétrica com a movimentação das cargas negativas,
que vão da placa negativa à positiva e, após um certo tempo, neutraliza as placas.
18. A capacitância depende do potencial através do capacitor?
Não, a capacitância é uma quantidade que depende apenas de fatores geométricos, sendo eles a distância entre
as placas e a área delas.