Relatório de capacitor de placas paralelas e sua capacitancia

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Campus: Santa Cruz
Disciplina: Física Teórica e Experimental 3
Professor: Nelson Correia de Souza
Turma:3055
O Capacitor de Placas Paralelas e sua
Capacitância
Aluno: Patrick Xavier de Oliveira
Matrícula: 201703276541
Data: 17/09/2018
Santa Cruz, Rio de Janeiro
Setembro / 2018
Objetivo
Este experimento tem como objetivo medir os valores das capacitâncias, fazer
os gráficos distância x capacitância e inverso da distância x capacitância e
calcular a área da placa.
Embasamento Teórico
Capacitância ou capacidade elétrica é a grandeza escalar determinada pela
quantidade de carga elétrica que pode ser acumulada em si por uma
determinada tensão e pela intenaidade de corrente alternada que atravessa
um capacitor numa determinada frequência. Sua unidade é dada em faraday.
Portanto, a relação de "capacitância" no capacitor, corresponde a quantidade de
carga acumulada por este e o seu potencial elétrico que se torna presente a
medida que o capacitor adquire carga e (consequência disso). O dispositivo
mais usual para armazenar carga é o capacitor ou condensador. A capacitância
depende da relação entre a diferença de potencial (ou tensão elétrica) existente
entre as placas do capacitor e a carga elétrica nele armazenada. É calculada de
acordo com a seguinte fórmula:
C = Q/V
Onde:
C é a capacitância, expressa em farads. Como esta unidade é relativamente
grande, geralmente são utilizados os seus submúltiplos, como o microfarad, o
nanofarad ou o picofarad.
Q é a carga elétrica armazenada, medida em coulombs;
V é a diferença de potencial (ou tensão elétrica), medida em volts.
Convém observar que a capacitância depende da geometria
do condensador ou capacitor (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Para
um determinado material, a capacitância dependera somente de suas dimensões:
quanto maiores forem, maior será a capacitância.
A capacitância se verifica sempre que dois condutores estiverem separados por
um material isolante. Assim, a capacitância depende do dielétrico que se
introduza entre as duas superfícies do condensador. Quanto maior for
a constante dielétrica do material não condutor introduzido, maior será a
capacitância.
Um capacitor típico, consiste de um par de placas paralelas de área A,
separadas por uma distância pequena. De início, vamos assumir que o
interior de nossas placas é um vácuo e que elas estão muito próxima uma da
outra. Neste caso, o campo elétrico, entre as placas carregadas, pode ser
considerado uniforme e consequentemente as linhas de campo são paralelas.
Para todos os efeitos práticos, e para simplificar os cálculos, vamos supor que
as placas sejam planos infinitos. Mesmo que elas sejam finitas, como são na
realidade, a aproximação de plano infinito pode ser usada se a distância entre as
placas for muito menor do que as suas dimensões. Podemos resumir essa
situação, dizendo simplesmente que efeitos de borda estão sendo desprezados.
Na figura 5.2, as linhas de campo são traçadas para ilustrar o que significa
desprezar efeitos de borda.Veja que as linhas de campo são idênticas em toda a
extensão do capacitor, porque estamos desprezando os efeitos de borda.
Quando há uma combinação de capacitores em um circuito, pode-se substituir
essa combinação por um capacitor equivalente, com a mesma capacitância da
combinação de capacitores, podendo-se assim simplificar o circuito.
O campo elétrico devido às placas é uniforme na região central entre as placas,
e não-uniforme nas bordas das placas. Nas bordas as linhas de campo
apresentam uma deformação para fora das placas, conhecida como efeito de
borda. De fato este efeito é ignorado na maioria das aplicações práticas.
Capacitor de placas paralelas
Procedimentos Experimentais
Num primeiro momento, foi medido o valor da capacitância residual (CR).
Após, medimos o valor da capacitância com diferentes distâncias, calculamos o
valor da capacitância C e foi feito o inverso de cada distância.
Em seguida, foi feito os gráficos distância x capacitância e inverso da distância
x capacitância, foi medido o diâmetro da placa, calculada a sua área e calculada
também, o valor da capacitância C para uma distância D = 0,001 m tendo o ar
como dielétrico.
Multímetro (MultiTeste) Capacitor de Placas Paralelas
Resultados/Tabelas/Gráficos
Valor da capacitância residual (Cr)
Cr = 0,02 PF
Diâmetro da placa = 10 cm = 0,1 m
Cálculo da área (A)
A = π x r²
A = 3,14 x 0,05²
A = 0,0075 m²
Cálculo da capacitância residual (C ) para D = 0,001 m com Ear =8,9048
C = A x E /d
C = 0,00785 x 8,9048/ 0,001m
C = 69,90 F
C = 6,990 x 10¹³ PF
Tabela distância x capacitância x capacitância medida x inverso da
distância
Distância (d) Capacitância
medida (pf)
Capacitância (C) Inverso da
distância (m-¹)
0,001 90 70 1000
0,002 60 40 500
0,003 50 30 333,3
0,004 40 20 250
0,005 40 20 200
0,006 30 10 166,66
0,007 30 10 172,85
0,008 30 10 125
0,009 30 10 111,11
0,010 30 10 100
OBS : Os Gráficos estarão anexados ao relatório.
Conclusão
Neste experimento verifica-se algumas das características dos capacitores de
placas paralelas e principalmente o quanto o material dielétrico utilizado entre
as placas e a distância entre estas, influenciam no valor da capacitância.
A partir dos resultados dos experimentos, observa-se que quanto maior for o
valor da constante dielétrica do material utilizado como isolante entre as placas,
maior será a capacitância do capacitor, isto é muito importante para as
indústrias, pois elas estão sempre à procura de soluções que minimizem a
quantidade de material empregado e também seus custos.
Com relação aos gráficos, foi possível observar que ambos os gráficos
assumem o mesmo formato da teoria, determinando, assim, uma margem de
erro muito pequena e comprovando a veracidade do experimento realizado.
Bibliografia
http://ensinoadistancia.pro.br/ead/Eletromagnetismo/CapacitorPlano/Capacitor
Plano.html
https://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/mod05/m_s03.html
https://alunosonline.uol.com.br/fisica/capacitancia-um-capacitor-placas-paralel
as.html
http://aulasdefisica.com/download/artigos/artigo-sobre-Capacitancia.pdf