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Universidade Federal de São João del-Rei Campus Alto Paraopeba Capacitância Relatório apresentado como parte das exigências da disciplina de Física Experimental sob responsabilidade da Profa.: Larissa Fernandes Costa Joice Xavier Lima 174550017 Ouro Branco – MG Março de 2018 Introdução O celular, a câmera digital ou um celular com câmera, ou qualquer outro dispositivo eletrônico se faz muito presente na vida na maioria das pessoas. E cada um deles possuem um ou mais capacitores. A função dos capacitores é de armazenar energia e de filtrar as frequências elétricas indesejadas. Um exemplo é o flash de uma câmera digital, suas pilhas não são capazes de produzir uma luz forte por um breve instante de tempo, mas com um capacitor isso acontece facilmente. Existem vários formatos para os capacitores, mas todos possuem duas placas, essas placas são os condutores e são isoladas uma da outra. O capacitor mais comum é o capacitor paralelo, como o próprio nome diz, as placas devem se dispor paralelamente uma a outra e terem uma área A e estarem a uma distância d. A equação q=CV relaciona a carga q acumulada nas placas, a diferença de potencial V entre as placas e a capacitância C do capacitor. A capacitância não depende de q e V, mas depende da disposição que as placas se encontram. A unidade de medida de C é coulomb por volt, chamada de fara. Um capacitor de placas paralelas possui uma fórmula própria para a capacitância. Podemos deduzir tal formula da seguinte maneira: V = Ed = σd/ϵo = qd(ϵoA) ; sendo A a área da superfície da placa. Substituindo q/A por σ fica: 𝐶 = 𝑞 𝑉 = 𝑞 𝑞𝑑/(ϵoA) = 𝜖𝑜𝐴 𝑑 . Objetivo Esse experimento tem como objetivo à compreensão do conceito de capacitores e associar diversos capacitores em série e em paralelo Procedimento experimental O procedimento prático será dividido em dois experimentos. 1. Capacitor de placas paralelas variáveis Nesse experimento utilizaremos um capacitor de placas paralelas, cabos de conexão e um capacitômetro. Primeiro o capacitômetro deve ser conectado aos Figura 1 - Capacitor de placas paralelas. Fonte:< https://www.respondeai.com.br/workspace/topico/19/341/teoria/323>, acesso em março de 2018. cabos do capacitor, posteriormente ajustar o capacitor para a função de medir capacitância. Deve-se variar a distância entre as placas de 1mm em 1mm, obtendo pelo menos ou medidas. Com os dados coletados deve-se construir o gráfico da capacitância em função da distância entre as placas (C x d), para a construção do gráfico utilize o programa Qtiplot e informe qual é a forma do gráfico. Posteriormente construa o gráfico da capacitância (C) pelo inverso da distância entre as placas (1/d) e informe a forma do gráfico. Faça o ajuste linear deste ultimo gráfico e obtenha seu coeficiente angular. 2. Combinação de capacitores em série e em paralelo Os capacitores em série estão submetidos a diferentes voltagens e ambos guardam cargas idênticas, mesmo que inicialmente as cargas sejam distintas, por estarem em série, haverá uma indução até obter o equilíbrio. À partir desse conceito podemos obter a formula para a capacitância equivalente de um conjunto de capacitores em série. Como as cargas serem iguais temos que: Q = Q1 =Q2. A capacitância para cada um é: C1=Q/V1 e C2=Qv2. E a voltagem para dois elementos em série é: V=V1+V2. Com isso deduzimos a Capacitância equivalente: Ceq = Q/V= =Q/(V1+V2). Se invertermos temos: 1 𝐶𝑒𝑞 = 𝑉1+𝑉2 𝑄 = 𝑉1 𝑄 + 𝑉2 𝑄 = 1 𝐶1 + 1 𝐶2 . Podemos por analogia reproduzir essa expressão para um número n de capacitores: 1 𝐶𝑒𝑞 = 1 𝐶1 + 1 𝐶2 +⋯+ 1 𝐶𝑛 . Nesse experimento utilizaremos uma placa protoboard, um conjunto de capacitores com diferentes capacitâncias e um capacitômetro. Primeiro faremos a anotação dos valores teóricos dos capacitores que se encontram no topo de cada um. Depois mediremos cada capacitor com o capacitômetro e avaliaremos o resultado. Deve-se combinar dois capacitores de 1μFem série e medir a capacitância, compare o valor obtido com o valor esperado. Posteriormente refaça o procedimento, mas com os capacitores em paralelo. Combine os capacitores de 0,1μF e 1μF em série e esses em paralelo com o capacitor de 4,7μF e meça a capacitância, compare o valor obtido com o valor esperado. Posteriormente combine os capacitores de 0,1μF e de 10μF em paralelo e meça a capacitância, compare o valor obtido com o valor esperado. Em seguida refaça o procedimento, mas com os capacitores em série. Por fim combine todos os capacitores em série e meça a capacitância, compare-a com o valor esperado. Com os capacitores em paralelo faça o mesmo procedimento. Resultado esperado Para o primeiro procedimento, é esperado que a medida que a distância entre os capacitores aumente, o valor da capacitância reduza. E que o gráfico seja da seguinte forma: E o gráfico da capacitância pelo inverso da distância espera-se que seja da seguinte forma: Ao fazer o ajuste linear se espera encontrar um valor próximo de 1,8 x 10- 1 +/- 1,7 x 10-3 para o coeficiente angular. Para o segundo experimento espera-se que os valores encontrados para os capacitores sejam os mais próximos possíveis. Sendo assim, para o capacitor de 10μF espera-se que encontre um valor não muito distante, como por exemplo 10,4 ou 9,5 e, portanto, o capacitor teria um erro pequeno. Isso também é Figura 3: Gráfico da capacitância em função do inverso da distância. Fonte:<https://www.passeidireto.com/arquivo/17398933/estudo- do-sobre-capacitancia-e-associacao-de-capacitores-em-serie-e-em- paralelo1>, acesso em março de 2018 Figura 2: Gráfico da capacitância em função da distância. Fonte:<https://www.passeidireto.com/arquivo/17398933/ estudo-do-sobre-capacitancia-e-associacao-de-capacitores- em-serie-e-em-paralelo1>, acesso em março de 2018 esperado para os outros capacitores. Como os dados apresentados na tabela abaixo. Para dois capacitores 1μF em série, os valores teóricos para a capacitância equivalente em série é de 0,51μF, e espera-se que o valor obtido se aproxime ao máximo desse valor teórico. Com os mesmos capacitores, porem colocados em paralelo o valor de capacitância equivalente em paralelo teórico é de 2,04μF. E da mesma forma espera-se que o valor obtido seja o mais próximo. Os capacitores 0,1μF e 1μF em série e esses em paralelo com o capacitor 4,7μF tem como valor teórico de capacitância 5,5μF, espera-se que o valor medido seja próximo ao valor teórico. Se for colocado os capacitores 0,1μF e 10μF em paralelo tem-se um valor teórico de capacitância igual a 10,1μF, da mesma forma que os outros se espera obter um valor bem próximo do teórico. Os mesmos capacitores em série têm um valor de capacitância teórico de 10,1μF e espera-se obter um valor próximo a ele. Ao colocar todos os capacitores em série, podemos calcular que o valor teórico da capacitância, 11,31μF. E calculando esse valor é esperado que ele seja bem próximo do teórico. Referências Tipler, P. A.; Mosca, G. Física p ara cientistas e engenheiros. 6ª Ed. Rio de Janeiro: Ed LTC, 2011. HALLIDAY D.; RESNICK R. e WALKER J. Fundamentos de Física: Eletromagnetismo. Volume 3. 8ª Ed. Editora LTC, 2009. Responde aí: <https://www.respondeai.com.br/workspace/topico/19/343/teoria/325 >, acesso em março de 2018. Fonte:<https://www.passeidireto.com/arquivo/17398933/estudo-do-sobre- capacitancia-e-associacao-de-capacitores-em-serie-e-em-paralelo1>,acesso em março de 2018 Responde aí: <https://www.respondeai.com.br/workspace/topico/19/341/teoria/323>, acesso em março de 2018. Passei direto: <https://www.passeidireto.com/arquivo/17398933/estudo-do- sobre-capacitancia-e-associacao-de-capacitores-em-serie-e-em-paralelo1>, acesso em março de 2018
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