CAPACITORES - RELATÓRIO LABORATÓRIO FISICA 3

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
PR
 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
 
Campus Pato Branco 
Laboratório de Física III – Professor Jalves Figueira 
 
 
Pato Branco 
 2015 
 
 
 
 
 
CAPACITORES 
 
 
 
 
Laboratório de Física III 
 
Curso: Engenharia Elétrica – Código: FI23EL 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Pato Branco 
 
 
 
 
 
01 Viviane Correia - Turma A 
 
__________________________________________________ 
Assinatura 
 
02 Tiago Michel - Turma A 
 
_________________________________________________ 
Assinatura 
 
03 Marcus Matheus - Turma A 
 
_________________________________________________ 
Assinatura 
 
04 Vinícius Miranda – Turma A 
 
_________________________________________________ 
Assinatura 
 
 
Sumário 
 
 
1. Introdução ..................................................................................................................... 2 
2. Procedimento Experimental ........................................................................................... 3 
2.1 Materiais Utilizados............................................................................................................ 3 
2.2 Métodos ............................................................................................................................ 3 
3. Resultados ..................................................................................................................... 4 
4. Discussão ....................................................................................................................... 6 
4. Conclusão ...................................................................................................................... 8 
5. Referências Bibliográficas .............................................................................................. 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Introdução 
 
Este experimento tem como objetivo estudar o capacitor. Um dispositivo elétrico que 
tem a função de armazenar energia potencial elétrica. Os capacitores têm como elementos 
básicos dois condutores, de geometria qualquer, que podem ser chamados de armaduras ou 
placas, entre as placas existe um material que é chamado de dielétrico (substância isolante que 
possui alta capacidade de resistência ao fluxo de corrente elétrica). 
 As pilhas de uma máquina fotográfica, por exemplo, armazenam energia na unidade 
de flash carregando um capacitor. Como as pilhas só podem fornecer energia aos poucos, não 
seria possível produzir uma luz muito forte usando diretamente a energia das pilhas. Um 
capacitor carregado, porém, pode fornecer a energia com uma rapidez muito maior quando a 
unidade flash é disparada, o suficiente para produzir um clarão. Outro exemplo são os 
pequenos capacitores formados pelas teclas de um teclado de computador. No momento em 
que pressionamos uma tecla, as placas do capacitor são conectadas fornecendo uma pequena 
corrente elétrica que libera um sinal para o computador. 
A física dos capacitores pode ser aplicada a outros dispositivos e outras situações que 
envolvem campos elétricos. O campo elétrico existe na atmosfera da Terra, por exemplo, é 
modelado pelos meteorologistas como sendo produzido por um gigantesco capacitor esférico 
que se descarrega parcialmente através de relâmpagos. A carga que os esquis acumulam 
quando deslizam na neve pode ser modelada como sendo acumulada em um capacitor que se 
descarrega frequentemente através de centelhas. 
No experimento realizado, as placas estavam organizadas na forma de um capacitor de 
placas paralelas, tendo cada placa uma área (A) e separadas por uma distância (d). Por serem 
condutoras, as placas constituem superfícies equipotenciais, ou seja, possuem o mesmo 
potencial elétrico. 
Os passos em nossa discussão dos capacitores, juntamente com dielétricos, será 
determinar a quantidade de carga que um capacitor é capaz de armazenar, isoladamente, e 
com a presença de dielétricos em seu interior. De acordo com a teoria, o esperado é que o 
efeito do dielétrico enfraqueça o campo elétrico inicial no interior do dielétrico por um fator K 
através do aumento da capacitância. (Halliday, David, 1916 – Fundamentos de Física 3, 7.Ed) 
 
 
 
 
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2. Procedimento Experimental 
 
2.1 Materiais Utilizados 
 
Micrômetro, erro (+- 0,05 mm); 
Paquímetro, erro (+- 0,01 mm); 
Multímetro; 
Folhas de plástico; 
Placa de vidro; 
Capacitor variável de placas paralelas; 
 
2.2 Métodos 
 
Primeiramente, com o paquímetro, mediu-se o diâmetro das placas do capacitor e 
calculou-se sua área. Com o micrômetro, mediu-se a espessura de duas lâminas de 
transparência (folha de plástico), após inseriu-se as mesmas entre as placas do capacitor, de 
forma que não ficou ar entre as placas. Através do multímetro, mediu-se a capacitância e 
calculou-se a constante dielétrica da transparência. Considerou-se a distância d como a 
espessura de 2 lâminas e ɛ0=8,85x10-12 F/m. 
Após, retirou-se as lâminas com cuidado para não mover as placas e não alterar a 
distancia d. Mediu-se a capacitância e calculou-se a constante dielétrica do ar. 
Repetiram-se esses procedimentos para 4 lâminas, 6 lâminas, até um total de 10 
lâminas, medindo a capacitância e calculando a constante dielétrica em cada caso. 
Completado as 10 lâminas de plásticos, estas foram retidas e em seguida inserido uma 
placa de vidro, onde mediu-se a capacitância e calculou-se a constante dielétrica, com e sem a 
placa de vidro. 
 
 
 
 
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3. Resultados 
 
Obtidos os dados através do experimento, e a partir das equações abaixo, calculou-se a 
constante dielétrica K para cada medida. 
C= ɛ0A/d 
ɛ= ɛ0 k 
ɛ0 = vácuo 
ɛ = permissividade do meio 
A = área 
d = distância entre as placas do capacitor 
k = constante dielétrica 
 Como neste relatório buscou-se encontrar a permissividade do meio (ɛ) e a constante 
dielétrica (k), resolvendo as equações geometricamente, chegou-se nas seguintes equações: 
 ɛ = Cd/A k = ɛ/ɛ0 
Para calcular a constante dielétrica precisa-se saber apenas a capacitância das lâminas 
a uma distância, em uma dada área. Todos os dados são encontrados facilmente: a distância 
entre as placas paralelas é dada pela espessura das lâminas, que vai se somando a partir que 
um número maior de lâminas é colocado, e do vidro. A área em questão é a da circunferência, 
que é o formato das placas do capacitor. Sabe-se ainda a capacitância encontrada em cada um 
dos experimentos, pela leitura feita com o multímetro. 
Calculou-se K para cada um dos casos. Os dados e resultados dos cálculos estão 
apresentados nas tabelas 1, 2, 3, 4 e 5. Considerou-se o valor da permissividade do vácuo ε₀ = 
8,85. 10
-12
 F/m. A constante dielétrica é adimensional. 
Para o cálculo da área do capacitor, sabendo-se o diâmetro medido d = 0,1m, bastou 
aplicar a equação para área de um círculo: 
 
Tendo diâmetro = 0,1m, a área da placa é A= 7,85 * 10
-3 
m². 
Na tabela 1 constam os valores de capacitância medidos para cada espessura de 
transparência, bem como a constante dielétrica, obtida por recorrência à equação C= ɛ0A/d. 
 
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Tabela 1: Medidas - Transparência 
N Distância (mm) Capacitância (nF) Permissividade (F/m) k 
1 0,28 0,35 1,25 * 10
-11
 1,41 
2 0,57 0,24 1,74 * 10
-11
 1,97 
3 0,83 0,18 1,90 * 10
-11
 2,15 
41,11 0,14 1,98 * 10
-11
 2,24 
5 1,38 0,12 2,11 * 10
-11
 2,38 
 
Na tabela 2 encontram-se os valores de capacitância medidos para cada “espessura de 
ar”, bem como a constante dielétrica. 
 
Tabela 2: Medidas - Ar 
N Distância (mm) Capacitância (nF) Permissividade (F/m) k 
1 0,28 0,19 6,73 * 10
-12 
0,76 
2 0,57 0,12 8,67 * 10
-12
 0,98 
3 0,83 0,09 9,55 * 10
-12
 1,08 
4 1,11 0,07 9,91 * 10
-12
 1,12 
5 1,38 0,06 1,05 * 10
-11
 1,19 
 
Na tabela 3 encontram-se os valores de capacitância medidos para a espessura com e 
sem o vidro, respectivamente, bem como a constante dielétrica. 
 
Tabela 3: Medidas - Vidro 
Distância (mm) Capacitância (nF) Permissividade (F/m) k 
2,87 0,16 5,85 * 10
-11
 6,61 
2,87 0,04 1,45 * 10
-11
 1,64 
 
 A partir dos valores obtidos, calculou-se a constante dielétrica média (Km) através da 
equação: 
Km = ( ) / 10 
 
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 Em seguida, calculou-se o erro percentual entre a média dos valores das constantes 
dielétricas K e seus respectivos valores teóricos. Os resultados obtidos estão na tabela 4: 
Tabela 4: Constantes dielétricas 
Meio K (média) K (teórico) Erro (%) 
Transparência 2,03 1,9 6,84 
Ar 1,03 1,006 2,38 
 
 Após o cálculo da média das constantes dielétricas, estas foram utilizadas na equação 
ɛ= ɛ0K para encontrar o valor experimental da permissividade de cada meio, e comparado 
com os valores teóricos. Os resultados obtidos estão na tabela 5: 
Tabela 5: Cálculo da permissividade 
Meio Permissividade (F/m) 
Valor teórico 
Permissividade (F/m) 
Valor encontrado 
Transparência 2,00 * 10
-11
 1,79 * 10
-11 
 
Ar 8,84 * 10
-12
 9,11 * 10
-12
 
Vidro 6,00 * 10
-11
 5,85 * 10
-11
 
 
 
4. Discussão 
 
 Ao final do experimento, notamos que os resultados ficaram próximos dos valores 
teóricos correspondentes. As constantes dielétricas experimental da transparência e do ar, a 
permissividade elétrica de cada meio, tiveram resultados satisfatórios, com pequenos erros 
percentuais. 
 Essa divergência nos valores encontrados com os teóricos podem ser justificados com 
as limitações que possuímos no laboratório, tanto na parte da qualidade dos equipamentos, 
como também no tempo, quantidade de medidas realizadas e nosso próprio erro nas medições. 
A fim de obter resultados mais satisfatórios e minimizar o erro, seriam necessário 
equipamento de melhor qualidade, mais medidas, tempo e precisão. 
 Nos gráficos abaixo, podemos observar que o comportamento da capacitância segundo 
as distâncias entre as placas do capacitor e o dielétrico presente no meio segue como descrito 
pela teoria. 
 
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0 
0,05 
0,1 
0,15 
0,2 
0,25 
0,3 
0,35 
0,4 
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 
C
ap
ac
it
ân
ci
a 
(n
F)
 
Distância (mm) 
Gráfico da capacitância com dielétricos [ C=f(d) ] 
Transparência 
Ar 
y = 0,0791x + 0,0772 
y = 0,045x + 0,0327 
0 
0,05 
0,1 
0,15 
0,2 
0,25 
0,3 
0,35 
0,4 
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 
C
ap
ac
it
ân
ci
a 
(n
F)
 
Distância (mm) 
Gráfico da capacitância com dielétrico [ C=f(1/d) ] 
Transparência 
Ar 
Reg. Linear (Transp) 
Reg. Linear (Ar) 
 
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4. Conclusão 
 
 O capacitor é um componente presente em quase todos os equipamentos eletrônicos, o 
que o torna um componente indispensável na eletrônica e microeletrônica dos dias atuais. 
 Observamos que cada material possui uma constante dielétrica diferente, isto é, uma 
característica de material para material. A capacitância é diretamente proporcional a essa 
constante dielétrica. Como a constante dielétrica da lâmina de plástico é maior que a do ar, e 
as placas dos capacitores foram colocadas na mesma distância, a capacitância com lâminas é 
maior do que a do ar, ou seja, percebemos as influências que materiais dielétricos têm na 
capacitância de um capacitor. Matérias como vidro e plástico, quando introduzidos na forma 
de dielétricos no meio do capacitor, aumentam sua capacitância. 
 Com este experimento, alcançamos os objetivos propostos, que foram encontrar as 
constantes dielétricas (K) dos materiais e a permissividade elétrica de cada meio (ε), através 
das várias medidas da capacitância e distância, e compará-las com os valores teóricos. Apesar 
das diversas dificuldades encontradas durante o experimento, podemos considerar os 
resultados satisfatórios, dentro dos limites aceitáveis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. Referências Bibliográficas 
 
[1] Halliday, David. “Fundamentos de Física – Eletromagnetismo”. Ed. 7 V.3 Cap. 25. 
[2] TIPLER, Paul Allen - Física para cientistas e engenheiros – Vol.3 – 6ª Edição. Rio de 
Janeiro: ABDR, 2009.