5°relatorio fisica III Carga e descarga de um capacitor

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Graduação em Engenharia Mecânica
Contagem
2013
Laboratório de Física llI – Relatório de Prática Experimental
Carga e descarga de um capacitor
Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação de disciplina Laboratório de Física Ill, no curso de Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.
 
Contagem
2013
“...Se você não consegue explicar um resultado em termos simples e não técnicos,é por que não chegou a compreendê-lo...”
							Ernest Rutherford - Cientista
 
 SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	5
2 DESENVOLVIMENTO	6
2.2 MATERIAIS UTILIZADOS	6
��2.3 DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO GERAL	6
3 RESULTADOS..........................................................................................................7
4 CONCLUSÃO	8
5 REFERÊNCIAS	9
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1. INTRODUÇÃO
Capacitor é um dispositivo de circuito elétrico que tem como função armazenar cargas elétricas e consequente energia eletrostática, ou elétrica. Ele é constituído de duas peças condutoras que são chamadas de armaduras. Entre essas armaduras existe um material que é chamado de dielétrico. Dielétrico é uma substância isolante que possui alta capacidade de resistência ao fluxo de corrente elétrica. A utilização dos dielétricos tem várias vantagens. A mais simples de todas elas é que com o dielétrico podemos colocar as placas do condutor muito próximas sem o risco de que eles entrem em contato. Qualquer substância que for submetida a uma intensidade muito alta de campo elétrico pode ser tornar condutor, por esse motivo é que o dielétrico é mais utilizado do que o ar como substância isolante, pois se o ar for submetido a um campo elétrico muito alto ele acaba por se tornar condutor.  
É denominada capacitância C a propriedade que os capacitores têm de armazenar cargas elétricas na forma de campo eletrostático, e ela é medida através do quociente entre a quantidade de carga (Q) e a diferença de potencial (V) existente entre as placas do capacitor, matematicamente fica da seguinte forma:
		
C = Q/V
No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de capacitância é o farad (F), no entanto essa é uma medida muito grande e que para fins práticos são utilizados valores expressos em microfarads (μF), nanofarads (nF) e picofarads (pF). 
Nos circuitos simples analisados as grandezas, força eletromotriz (, ddp V, resistência R e corrente I foram consideradas constantes (independentes do tempo). Quando se analisa o comportamento dessas grandezas no processo de carga e descarga de um capacitor verifica-se que ocorrem variações nos valores da voltagem, da corrente e da potência no circuito. Os capacitores possuem muitas aplicações que usam sua propriedade de armazenar carga e energia por isso é de grande interesse saber como são carregados e descarregados.
São utilizados com o fim de eliminar sinais indesejados, oferecendo um caminho mais fácil pelo qual a energia associada a esses sinais espúrios pode ser escoada, impedindo-a de invadir o circuito protegido. Nestas aplicações, normalmente quanto maior a capacitância melhor o efeito obtido e podem apresentar grandes tolerâncias.Usamos esta equação para encontrar a energia potencial elétrica U=Q²/2c +Q²/2c
2. DESENVOLVIMENTO
2.1. Objetivo Geral
	*Estudar o carregamento elétrico dos corpos materiais metálicos de geometria apropriada (eletrodos metálicos) utilizado uma pilha.A pilha transfere os elétrons livres de condução de um eletrodo metálico para o outro.Ao final do processo de carregamento elétrico,um dos eletrodos metálicos está com uma quantidade de carga e o outro com –Q . A capacitância C do par de eletrodos metálicos e a tensão elétrica CC de valor ‘’E’’da pilha definem o valor de +Q . 
 *Utilizar capacitor eletrolítico de placas paralelas e capacitância C em série com um resistor de resistência elétrica R.Essa montagem é chamada de circuito RC. Ligar o circuito RC uma pilha de tensão elétrica ‘’E’’para medir as correntes elétricas do carregamento Ic e do descarregamento Id do capacitor em função do tempo t. No capacitor de placas paralelas os dois eletrodos metálicos planos estão separados por um material isolante. 
 *Fazer a análise gráfica das correntes elétricas do carregamento Ic(t) do descarregamento Id(t).Verificar a dependência de decaimento exponencial 	 *Construir o gráfico de Ln Ic x t e o gráfico de Ln Id x t.Determinar por ajuste de regressão linear dos gráficos a constante de tempo t do circuito RC. Utilizando t e o valor nominal de R fornecido pelo fabricante calcular a capacitância C do capacitor de placas paralelas e comparar com o valor nominal. . 
*Calcular por integração numérica dos gráficos Ic x t e Id x t a energia potencial elétrica U armazenada no capacitor de placas paralelas.
2.2. Materiais Utilizados
01 capacitor eletrolítico de 1000 µF
01 resistor de 22 kΩ
01 bateria de 1,5V
04 fios de ligação
01 cronômetro digital
01 micrôamperímetro de zero central
2.4. Descrição do Experimento Geral	
Montamos o circuito da figura.Conferimos a montagem do circuito se as polaridades do capacitor estavam corretas.Por que ele e um capacitor eletrolítico e as polaridades invertidas podem danifica-los.Uma das extremidades do fio ligado ao resistor de 22 KΩ para ser conectada ao positivo da pilha.(Ponto B)
	Conectamos a ponta do fio B.Nesse instante de tempo a corrente elétrica de carga da um salto para um valor acima de 50 µA acionamos o cronômetro.Este foi o tempo 0 das medidas.Ativamos o LAP do cronômetro e assim continua a funcionar normalmente e marca o tempo antigo o gravado no LAP(foram feitas 6 medições.)
Carregamento elétrico do capacitor – Tabela 1
	 (µA)
	50 
	45
	40
	35
	30
	25
	20
	15
	10
	5
	t (s)
	0
	2,79
	5,79
	9,04
	12,66
	17,29
	23,45
	31,54
	44,54
	117,8
Descarregamento elétrico do capacitor – Tabela 2
	 (µA)
	- 50 
	- 45
	- 40
	- 35
	- 30
	- 25
	- 20
	- 15
	- 10
	- 5
	t (s)
	0
	2,26
	5,02
	7,97
	11,24
	15,07
	19,84
	26,26
	34,23
	47,03
Para encontrarmos os valores da tabela fizemos três medições de tempo(t) e colocamos o valor média nos quadros.Para o quadro de carregamento elétrico do capacitor ligamos a bateria na tensão de 1,5V assim o capacitor carregava e aos poucos sua corrente iria caído.No outro quadro era só abaixar a tensão a 0 e assim ele descarregava.Observarmos que para o gráfico de I x t temos uma exponencial isso esta relacionando a taxa de descarga.E para o de carga vimos um comportamento linear.Disso vem que ele possui limites de carga,pois possui capacitância máxima. 
3.RESULTADOS
Q=C*V				U=Q²/2c +Q²/2c
Q=1000µA*1,5v		U=1500²/2*1000 + 0²/2*1000
Q=1500			U=22500/2000
				U=1125
Ln lc=Ln lo-(1/RC)*t
0.997=0-(1/22*1000)
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 4. CONCLUSÃO
Pode-se concluir que o experimento realizado que a carga e a descarga do capacitor está relacionada 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).�
5. REFERÊNCIAS
LIMA, Evandro Conde. WERKHARIZER, Fernando Eustáquio. RESENDE, Flávio de Jesus. SILVEIRA, Tomas de Aquino. MOURA,Vânia Aguiar. FREITAS, Welerson Romaniello. DFQ - Departamento de Física e Química, Belo Horizonte, 2011.
HALLIDAY, David. RESNICK, Robert. WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: 3 Eletromagnetismo 
Sears,Francis West-Física:eletricidade e magnetismo
_1377005378/ole-[42, 4D, 76, 3A, 04, 00, 00, 00]