LISTA DE EXERCICIOS ENVOLVENDO CAPACITOTRES

Prévia do material em texto

AULA DE CAPACITORES ELÉTRICOS
 Chama-se capacitor à associação de dois condutores em regime de indução total, isso ocorre quando a carga do indutor é em módulo , igual à carga do induzido. Nessa situação, é indiferente saber qual o condutor é o indutor e qual é o induzido. Cada condutor constitui uma armadura do capacitor, um capacitor é capaz de armazenar carga elétrica e descarrega-la quando for solicitado. Exemplos de dispositivos que usam capacitores: desfibradores e sintonizadores de rádio. Abaixo mostramos formas mais comuns de capacitores.
 
Forma esquemática de representar um capacitor.
 
CAPACITÂNCIA(C) – É a razão entre a carga elétrica armazenada (Q) na armadura do capacitor, com a tensão elétrica (U), aplicada as suas armaduras, é uma constante que depende das características do capacitor, também denominada de capacidade, ou seja: C = Q/U. Sua unidade no S.I é Coulomb por volt (C/V), ou farad (F).
CAPACITOR PLANO, é constituido por duas placas planas e paralelas, entre as quais se estabelece um campo elétrico uniforme (E), perpendicular as superfícies das placas, ver figura abaixo:
 
CAPACITOR PLANO COM VÁCUO ENTRE AS ARMADURAS, A capacitância (C) é definida por: C = Ԑ0 . A/d. Sendo: (d) a distância entre as armaduras; (A) a área de cada armadura e (Ԑ0) a permissividade elétrica no vácuo = 8,85 . 10-12F/m
CAPACITOR PLANO COM ISOLANTE (ou dielétrico) ENTRE AS PLACAS.
- Constante dielétrica (Ԑr ) = Ԑ/ Ԑ0 > 1
- Nova capacitância (C’) = Ԑ . A/d = Ԑ . Ԑ0 . A/d → C’ = Ԑr . C
ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES – Podem ser associados em série, paralelo e misto
- Associação em série, na associaçõa em série devemos obedecer as seguintes condições:
 
1) A quantidade de carga elétrica é a mesma em todos os capacitores
2) A tensão total da associação é a soma das tensões parciais
3) A capacitância do capacitor equivalente é dada por: 1/Ceq = 1/C1 + 1/Ç2 + 1/C3 ....+ 1/Cn 
- Associação em paralelo, na associação em paralelo, ocorre:
 
1) A quantidade de carga elétrica total é a soma das quantidades de cargas elétricas parciais
2) A tensão é a mesma em todos os capacitores
3) A capacitância do capacitor equivalente é dada por: Ceq = C1 + C2 + C3 + Cn 
 EXERCÍCIO RESOLVIDO
1) A desfibrilação é a aplicação de uma corrente elétrica em um paciente por meio de um equipamento (desfibrilador) cuja função é reverter um quadro de arritmia ou de parada cardíaca. Uma maneira de converter uma arritmia cardíaca em um ritmo normal é a cardioversão, que se dá mediante a aplicação de descargas elétricas na região próxima ao coração do paciente, graduadas de acordo com a necessidade, conforme o quadro abaixo.
Os desfibriladores usuais armazenam até 360 J de energia potencial elétrica, alimentados por uma diferença de potencial de 4000 V. Considerando uma situação na qual haja necessidade de usar um desfibrilador em uma criança de 40 kg, o valor da capacitância do capacitor do desfibrilador na segunda desfibrilação, em μF, será igual a: Dado: Na tabela temos que aplicar 4 J por 1 kg de massa.
a) 50
b) 40
c) 30
d) 20
e) 10
2) Um componente elétrico utilizado tanto na produção como na detecção de ondas de rádio, o capacitor, pode também ser útil na determinação de uma grandeza muito importante do eletromagnetismo: a permissividade elétrica de um meio. Para isso, um estudante, dispondo de um capacitor de placas paralelas, construído com muita precisão, preenche a região entre as placas com uma folha de mica de 1,0 mm de espessura e registra, com um medidor de capacitância, um valor de 0,6 nF. Sabendo-se que as placas são circulares, com diâmetro igual a 20 cm, afirma-se que a permissividade elétrica da mica, em unidades do S.I., é igual a:
Dados: Adote π = 3; 1 nF = 10–9 F
a) 2 x 10–12
b) 4 x 10–12
c) 10 x 10–10
d) 20 x 10–12
e) 25 x 10–11
 
3) A figura abaixo representa um circuito elétrico em regime estacionário.
 
Qual é a intensidade e o sentido da corrente no gerador?
Qual é a intensidade da corrente no ramo de circuito que contém o capacitor?
Determine a energia potencial elétrica armazenada no capacitor e determine os sinais das cargas em cada uma das armaduras.
4) Dois capacitores cujas capacitâncias respectivas são de 2 pF e 3 pF são associados em série. Determine a capacitância equivalente do conjunto.
a) 4,0 pF
b) 5,0 pF
c) 1,2 pF
d) 6,0 pF
e) 2,5 Pf
5) Dois capacitores cujas capacitâncias respectivas são de 3 pF e 4 pF são associados em paralelo. Determine a capacitância equivalente do conjunto.
a) 7,0 pF
b) 1,7 pF
c) 1,2 pF
d) 1,2 pF
e) 0,6 pF
6) Três capacitores, A, B e C, são associados em série, e suas capacitâncias respectivas são de 1 μF, 2 μF e 3 μF. Calcule a capacitância equivalente aproximada desse conjunto.
a) 5,4 pF
b) 6,0 μF
c) 5,4 μF
d) 54 nF
e) 540 nF
7) A figura a seguir apresenta uma associação mista entre três capacitores, C1, C2e C3. Sendo suas respectivas capacitâncias 1 pF, 2pF e 3 pF, calcule a capacitância equivalente aproximada do conjunto.
a) 7,0 pf
b) 3,0 pf
c) 6,0 pF
d) 0,6 pF
e) 0,8 pf
8) Calcule a energia potencial elétrica armazenada por um capacitor de 2 μF, quando ligado a uma fonte de tensão e carregado com uma carga elétrica de 10 μC. Resp. 2,5 . 10-5 N
9) Uma pequena esfera de isopor, de massa 0,512 g, está em equilíbrio entre as armaduras de um capacitor de placas paralelas, sujeito às ações exclusivas do campo elétrico e do campo gravitacional local.
Considerando g=10m/s2, pode-se dizer que essa pequena esfera possui:
a. um excesso de 1,0 . 1012 elétrons, em relação ao número de prótons.
b. um excesso de 6,4 . 1012 prótons, em relação ao número de elétrons.
c. um excesso de 1,0 . 1012 prótons, em relação ao número de elétrons.
d. um excesso de 6,4 . 1012 elétrons, em relação ao número de prótons.
e. um excesso de carga elétrica, porém impossível de ser determinado.
10) Numa fábrica, trabalha-se com um pó inflamável que entra em combustão quando atingido por uma faísca elétrica de energia igual ou superior a 0,1 mJ = 10−4 J. É comum que um operário adquira carga elétrica por eletrização ao caminhar, por exemplo, sobre uma superfície rugosa. Considere que o operário tenha uma capacitância equivalente a 2 · 10−10 F. Qual o máximo valor de diferença de potencial em relação ao ambiente que o operário pode carregar a fim de evitar que uma faísca incendeie o pó inflamável?
a. 10 V
b. 20 V
c. 100 V
d. 200 V
e. 1000 V
11)  Pretende-se usar duas placas de metal com 1 m2 de área para construir um capacitor de placas paralelas. Qual deve ser a distância entre as placas para que a capacitância do dispositivo seja 1F? Resp. 8,85 . 10-12 m
12) A figura abaixo representa uma determinada associação de capacitores:
a)   Encontre a capacitância equivalente da associação; Resp. 1,2 . 10-5F
b)   Determine a carga armazenada por cada capacitor. Resp. 4 . 10-4C
c)   Determine a energia potencial elétrica armazenada por cada capacitor.