Capacitores e Capacitância

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Multímetro e Medidas de Voltagem e Corrente
Resumo
	O presente experimento consiste em estudar o conceito de capacitância, capacitor e associações de capacitores. O experimento também permite observar a relação da capacitância e o tempo necessário para carrega-lo.
	
1- Objetivos:
	Fazer medidas de carga e descarga de um capacitor, determinar a capacitância de um capacitor, estudar a associação de capacitores em série e em paralelo.
2- Introdução Teórica:
2.1 Capacitância;
	Capacitância é a medida da capacidade de armazenar carga para uma dada diferença de potencial. Uma vez que potencial é proporcional à carga, essa relação não depende nem de Q nem de V, mas apenas das dimensões e da forma do condutor. A capacitância C de um condutor é definida como a razão entre a carga em um capacitor e o módulo da diferença de potencial no capacitor.
Pela equação vemos que a capacitância tem unidades de coulombs por volt, que é denominado farad (F) em homenagem a Michael Faraday.
2.2 Capacitor:
	
	Um dispositivo consistindo em dois condutores com cargas iguais e opostas é chamado de capacitor. Um capacitor é geralmente carregado pela transferência de uma carga Q de um condutor para o outro, que deixa um dos condutores com uma carga +Q e outro com carga –Q.
2.3 Capacitor de Placas Paralelas:
Um capacitor de placas paralelas consiste em duas placas paralelas de área igual A separadas por uma distancia d. A equação para o calculo da capacitância é dada por;
A capacitância de um capacitor de placas paralelas é proporcional à área de suas placas e inversamente proporcional à separação das placas.
2.4 Capacitor Cilíndrico:
Um capacitor cilíndrico consiste em um condutor cilíndrico de raio a e carga Q coaxial com uma casca cilíndrica maior, de raio b e carga –Q. A equação para o cálculo da capacitância nessa disposição é dada por;
2.5 Combinação entre capacitores:
2.5.1 Combinação em Paralelo:
	
	A capacitância equivalente de uma combinação em paralelo de capacitores é a soma algébrica das capacitâncias individuais e é maior do que qualquer uma delas.
2.5.2 Combinação em série:
	O inverso da capacitância equivalente é a soma algébrica dos inversos das capacitâncias individuais e a capacitância equivalente de uma combinação em série é sempre menor do que qualquer capacitância individual na combinação.
2.6 Energia acumulada em um capacitor carregado:
		É necessária energia para carregar um capacitor, porque o processo de carga é equivalente a transferir cargas de um condutor a um potencial mais baixo para outro condutor a um potencial mais alto. A energia potencial elétrica U armazenada no capacitor é:
2.7 Materiais dielétricos:
Um dielétrico é um material não condutor como borracha, vidro ou papel encerado. Quando um material dielétrico é introduzido entre as placas de um capacitor, a capacitância aumenta. Se o dielétrico preencher completamente o espaço entre as placas, a capacitância aumenta pelo fator adimensional , denominado constante dielétrica do material.
	Onde é a capacitância sem o dielétrico.
3- Material Utilizado:
Fonte de tensão (0 a 50 V)
Multímetro
Capacitores de 1000 e 470 µF
Cronômetro
Placa de conexão
Conectores
Cabos de conexão
4- Procedimento Experimental:
Procedimento para o capacitor descarregando
Ligou-se a fonte de tensão em série com uma chave e um capacitor de 470 µF.
Conectou-se o multímetro em paralelo com o capacitor.
Ligou-se a fonte de tensão com a chave aberta.
Ajustou-se a tensão da fonte em 10,0 V.
Abriu-se a chave.
Considerou-se no instante de abertura t = 0 s e então se mediu a tensão em intervalos de 15 s oito vezes.
Repetiu-se o procedimento para o capacitor de 1000 µF com intervalos de 30 s.
Repetiu-se o procedimento para uma combinação de capacitores em paralelo com t = 45 s.
Repetiu-se o procedimento para uma combinação de capacitores em série com t = 10 s.
Procedimento para o capacitor carregando
Conectou-se o voltímetro em série com o capacitor e com a fonte de tensão.
Fez-se o análogo da arte em que se mediu o descarregamento do capacitor.
5- Resultados:
6- Discussão:
	Os resultados obtidos foram considerados razoáveis. Alguns erros se dão por conta da leitura no multímetro que podem ter sido alterados por conta da paralaxe. Variações na temperatura por conta do movimento de cargas podem ter afetado (efeito Joule), mesmo que muito pouco, as medidas.
7- Conclusão:
	Observou-se com sucesso o carregamento e o descarregamento dos capacitores assim como a combinação entre eles. Pode-se verificar a capacitância desses materiais. Os capacitores são, sem dúvida, um dispositivo que podem oferecer uma boa forma de se armazenar energia elétrica e esses dispositivos desempenham um grande papel na indústria eletroeletrônica. 
8- Bibliografia:
R.RESNICK E D.HALLIDAY, Física. Rio de Janeiro, LTC, 1983 - V.3.
H.M. NUSSENZVEIG, curso de Física Básica. S.Paulo, E. Blucher, 1983, V.3.
Sears, F. W.; Zemansky, M. W.; Física, vol 3. Rio de Janeiro, LTC, 1978.
SERWAY e JEWETT, Princípios de Física, vol 3. São Paulo: Cengage Learning, 2011.