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Universidade Estácio de Sá – Campus Sulacap Curso de Engenharia Disciplina: Física Teórica Experimental III - CCE0850 MANUAL DE LABORATÓRIO – EXPERIÊNCIA 5 Capacitância Data: __________ Turma: ____ Horário:_________ Componentes do Grupo: __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ Objetivos da experiência - Conceituar capacitância. - Projetar um capacitor de placas paralelas. - Determinar a dependência entre a distância entre as placas de um capacitor e sua capacitância. Material Base com as placas circulares e retangulares; régua milimetrada; multímetro e papel milimetrado. Fundamentação teórica O capacitor (ou condensador) além de armazenar energia de maneira rápida, também pode liberá-la com muita rapidez. Um capacitor elementar consiste em duas placas planas de material condutor com área (A), situadas próximas entre si, a uma distância constante (d), separadas pelo ar ou algum outro material isolante (dielétrico) conforme ilustração apresentada pela figura 1. Figura 1 – Capacitor de placas planas. Se aplicarmos uma tensão contínua entre estas placas, conectando o polo positivo da fonte a uma, e o pólo negativo a outra, se produzirá uma distribuição de cargas nestas placas, de modo que: • A placa conectada ao polo positivo cederá elétrons à fonte (a placa ficará carregada positivamente). • A segunda placa, conectada ao polo negativo da fonte, receberá elétrons (a placa ficará carregada negativamente). Depois de um determinado tempo, o movimento de cargas cessa e o capacitor fica carregado. Quanto maior a diferença de potencial aplicada às placas, maior será a quantidade de elétrons trocada entre as placas e a fonte. Assim, a quantidade de carga (Q) armazenada num capacitor é diretamente proporcional à diferença de potencial (U) entre sua placas. A capacidade do capacitor (C) é definida como a razão entre a quantidade de carga (Q) e a diferença de potencial (U) entre as placas. (1) No SI, a unidade de capacitância é o Farad (F). A capacitância é dependente de uma quantidade de carga armazenada e da diferença de potencial entre as placas, lembrando que entre placas eletrizadas existe um campo aproximadamente uniforme. A capacitância de um capacitor plano é dada por: (2) Onde ε é a permissividade do dielétrico. A capacitância de um capacitor de placas paralelas será tanto maior quanto maior for a permissividade, maior for a área da placa e quanto menor for a distância entre estas placas. Observa-se ainda na equação (2) que no caso da área da placa do capacitor seja constante, o produto (C d) é constante. Plotando C em função de d, obtém-se uma hipérbole. Se relacionarmos C com o inverso da distância (1/d), devemos obter uma reta, visto que, a capacitância é diretamente proporcional ao inverso da distância (d). Procedimento Experimental - Faça um projeto de um capacitor de placas paralelas com as características indicadas na tabela a seguir usando um dos três pares de discos disponíveis. Bancada Capacitância Distância 1 C = 112,60 pF 1 mm ≤ d ≤ 10 mm 2 C = 75,07 pF 1 mm ≤ d ≤ 8 mm 3 C = 13,90 pF 1 mm ≤ d ≤ 6 mm 4 C = 8,69 pF 1 mm ≤ d ≤ 9 mm 5 C = 29,50 pF 2,5 mm ≤ d < 10 mm 6 C = 17,70 pF 4 mm ≤ d < 10 mm - Determine qual dos discos é o mais apropriado para o projeto. Disco escolhido: ____________________________ - Determine a distância entre as placas (considere εar = 8,85x 10 -12 C2/Nm2). d =________ - Verifique experimentalmente com o carro móvel o valor do capacitor projetado. Cmedido= _________ - Calcular o erro percentual comparando a capacitância calculada e a experimental. O erro percentual é dado por: | | ERRO=_____________ - Faça um esboço do gráfico da capacitância em relação à distância em metros. C (pF) Figura 2 – Aparato experimental. d (10-3 m)
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