FISC - ARTIGO 4 CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS CORRETO

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Capacitor de placas paralelas
Prática 4 - Data 22/02/2018
Centro Universitário SENAI CIMATEC, Engenharia Química, 4° Trimestre, 20171GRDEQIDIU
Ana Caroline Sobral Loureiro; João Gabriel do Nascimento Souza; Marcelo Coelho Silva; Matheus Santos Figueiredo; Raquel Araújo da Cruz; Yasmim Santos Costa.
Entregue ao professor Targino Amorim Neto da disciplina Física C – Prática.
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Resumo: A prática 4 teve como objetivo analisar como funciona um capacitor de placas paralelas, a partir do aumento gradativo da distância entre as duas placas utilizadas no experimento, da área de uma das placas e do auxílio de um capacímetro. Deste modo foi mensurada a capacitância conforme a distância mudava. Por meio deste experimento foi possível determinar a constante dielétrica do ar. 
Palavras-chave: Capacitância, Capacitor, Dielétrica, Placas. 
Introdução
Capacitores são dispositivos que consistem em dois corpos condutores, um carregado com uma carga elétrica ‘’+q’’, e o outro com carga elétrica ‘’-q’’. Dentre as grandezas relacionadas aos capacitores, a capacitância é uma de elevada relevância, e pode ser entendida como a capacidade de armazenar carga elétrica. Existem vários dispositivos elétricos que têm capacitores em seus sistemas, como televisões e celulares. De maneira geral, os capacitores podem ser usados para armazenar energia e filtrar frequências elétricas.
Um tipo comum de capacitor é o capacitor de placas paralelas. Tal dispositivo consiste em duas placas condutoras paralelas. Usualmente, tais placas costumam ser feitas de metal, pois o tipo de interação interatômica que une os átomos metálicos permite uma alta mobilidade de elétrons, fazendo com que os metais sejam bons condutores elétricos.
Como nos capacitores as placas são carregadas com valores iguais, em módulo, diferindo apenas nos sinais (uma placa com carga ‘’+q’’ e outra placa com carga ‘’-q’’), surge um campo elétrico uniforme entre elas, fazendo com que o módulo de tal campo seja constante em qualquer ponto entre as placas. Ademais, é sabido que a capacitância de um capacitor de placas paralelas é diretamente proporcional à área das placas, e inversamente proporcional à distância entre elas. Segundo TIPLER, 2012, a capacitância de um capacitor de placas paralelas pode ser calculada segundo:
 
Onde ‘’C’’ representa a capacitância medida em F (farad), ‘’A’’ indica a área, medida em m2 (metros quadrados), ‘’d’’ representa a distância entre as placas paralelas, medida em metros (m), ‘’o‘’ é uma constante chamada constante de permissividade elétrica do ar, e ‘’k’’ é a constante dielétrica do material entre as placas paralelas do capacitor. Segundo TIPLER, 2012, o valor de o é aproximadamente igual a 8,85 x 10-12 C2N-1m-2, e o valor de k para o ar é aproximadamente igual a 1. A grandeza ‘’k’’ é adimensional, e, por isso, não possui unidade de medida. Diante do supracitado, o objetivo geral da prática foi determinar a constante dielétrica do ar, que foi o dielétrico entre as placas paralelas do capacitor utilizado no estudo realizado. Ademais, os objetivos específicos foram: observar como a distância e o material entre as placas paralelas do capacitor influenciam na capacitância do mesmo, além de comparar os dados obtidos com os valores esperados teoricamente.
Experimento 
Materiais e Métodos 
Os materiais utilizados para a realização do experimento foram:
Kit Capacitor;
Placas de materiais condutores;
Par de fios com conectores banana/jacaré;
Paquímetro de 0,02 mm;
Capacímetro Instrutherm CP-400.
Inicialmente, com ajuda de um paquímetro de 0,02 mm foi medido o diâmetro de uma das placas (material dielétrico) para assim calcular a área do objeto a ser usado. Em seguida, montou-se o equipamento conectando os pinos banana no capacímetro e nos terminais das placas do capacitor.
Então, após ligar o aparelho, juntou-se as placas (uma em frente à outra) para poder assim serem efetuadas as leituras de capacitâncias. Foram feitas 30 medidas, sendo que a cada leitura de capacitância ia aumentando 1 mm de distância para a próxima medida (1mm, 2mm, 3mm, ..., 30mm).
Dessa maneira, todos os valores de capacitância foram anotados para uma breve análise dos estudos sobre o capacitor.
Resultados
Com a realização da prática, foi possível estudar a relação entre capacitância de um capacitor e a distância existente entre as suas placas.
A partir das medições realizadas foi possível perceber que há uma relação existente entre essas duas grandezas de uma forma inversa, ou seja, à medida que afastamos as armaduras de um capacitor nós diminuímos a capacitância dele. Dessa forma, a quantidade de energia que esse dispositivo é capaz de armazenar decresce à medida que distanciamos as duas placas.
As medidas realizadas estão expostas na tabela abaixo:
Tabela 1 – Valores de Capacitância e Distância entre as placas
Fonte: Própria
A partir dos dados coletados é possível traçar um gráfico capacitância x distancia para ter noção do comportamento dessas grandezas.
Foi possível perceber que o gráfico traçado toma a forma de uma hipérbole. O gráfico das duas grandezas está exposto abaixo:
Gráfico 1 – Capacitância x Distância
Fonte: Própria
Além disso, é possível linearizar este gráfico quando se inverte os valores das distâncias medidas em laboratório, fazendo isso, a função se assemelha a uma função do 1° grau (y = ax + b ~ C = εo.A.d-1).
Com a linearização do gráfico é possível se calcular a permissividade elétrica do meio. O coeficiente angular da reta é dado pelo produto entre εo (permissividade elétrica) e A (área da placa). Tendo esses valores em mão, é possível calcular experimentalmente o valor da permissividade.
Foram realizadas as medições dos diâmetros das placas para que fosse calculada sua área a partir de uma média aritmética:
Tabela 2 – Diâmetro das placas
Fonte: Própria
Realizou-se a média dessas grandezas e obteve-se um valor aproximado de 100,00 mm que foi medido por um paquímetro de 0,02 mm.
O gráfico da função linearizada está exposto abaixo:
Gráfico 2 – Capacitância x Distância-1
Fonte: Própria
Com o valor do coeficiente angular da reta e o valor da área entre as placas calculou-se εo que teve o valor aproximado de 12,7324E-12, com um erro de aproximadamente 43,86%
Conclusão
A partir do experimento observou-se que a capacitância diminui conforme a distância entre as placas aumenta, ou seja, se a distância entre as placas tende ao infinito, a capacitância tenderá a zero, respeitando a tendência estabelecida pelo modelo teórico. Além disso, quanto maior a área, maior é a quantidade de carga armazenada e, consequentemente, o valor da capacitância.
Como todo experimento laboratorial, alguns erros de medição por conta do ar presente na sala e metais próximos ao capacitor, possivelmente ocorreram. Os objetivos do experimento foram alcançados, as medidas foram apresentadas graficamente e a constante dielétrica do ar determinada. 
Referências 
TIPLER, Paul. Física para cientistas e engenheiros. 6° edição. LTC 2012.