Dielétricos

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DIELÉTRICOS
APRESENTAÇÃO
Olá!
Nesta Unidade de Aprendizagem vamos estudar os Dielétricos. Estes componentes
eletrônicos são compostos por capacitores com seu interior preenchido por um material
isolante. A presença deste isolante tem como consequência um aumento na capacitância.
Com isso, temos uma tensão efe�va entre as placas com um aumento significa�vo idên�co
com a mesma quan�dade de carga elétrica armazenada nas placas. Ou ainda, podemos
pensar que temos um outro capacitor que armazena mais cargas a par�r de uma mesma
tensão aplicada.
Bons estudos.
Ao �nal desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Estabelecer as propriedades de um Dielétrico.
Determinar a capacitância para diferentes �pos de Dielétrico.
Iden�ficar as possibilidades de u�lização destes componentes.
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DESAFIO
a) Determine C, V, E, Q e U após a lâmina dielétrica ter sido introduzida, com a bateria ainda
ligada.
b) Determine C, V, E, Q e U após a lâmina dielétrica ter sido introduzida e a bateria desligada.
INFOGRÁFICO
Um Dielétrico surge da alteração de um capacitor comum. A introdução de um isolante no
seu interior pode trazer alterações importantes e de muita u�lidade para a indústria
eletrônica. O infográfico mostra como fica a capacitância deste "novo" componente.
CONTEÚDO DO LIVRO
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Os Dielétricos são disposi�vos poderosos na busca de capacitores com alta capacitância. No
capítulo a seguir, são apresentados exemplos de dielétricos e toda a fenomenologia
envolvida com estes disposi�vos numa seção dedicada a eles.
Boa Leitura!
DICA DO PROFESSOR
No vídeo, podemos ver onde a água atua como um dielétrico. Assim, é possível ver o
aumento da capacitância por um fator de 100 vezes. Além disso, u�lizamos um simulador
de capacitor com dielétrico para melhor visualização das grandezas �sicas envolvidas.
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
EXERCÍCIOS
1) Dois discos metálicos com diâmetros de 5,0 cm estão separados por um pedaço de papel
de 0,20 mm de espessura.a) Qual é a capacitância?b) Qual é a diferença de potencial
máxima entre os discos?
a) C = 0,32 n F e Δ V = 3,2 kV
b) C = 1,1 n F e Δ V = 4,2 kV
c) C = 2,56 n F e Δ V = 6,7 kV
d) C = 4,1 n F e Δ V = 12,4 kV
e) C = 1,29 n F e Δ V = 3,2 kV
2) Dois eletrodos de 5,0 mm×5,0 mm, com uma lâmina de Mylar de 0,10 mm de espessura
entre eles, estão ligados a uma bateria de 9,0V. Sem desconectá-los da bateria, o Mylar é
re�rado. (Espaçadores muito pequenos mantêm inalterada a separação entre os
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eletrodos.)a) Qual é a carga, a diferença de potencial e o campo elétrico antes eb) após o
Mylar ser re�rado?
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a) Q=61,7pC e E=29kV/m. Q=19.9pC e E=90kV/m
b) Q=42,5pC e E=19kV/m. Q=19,9pC e E=90kV/m
c) Q=55,1pC e E=32kV/m. Q=16,9pC e E=70kV/m
d) Q=61,7pC e E=22kV/m. Q=12,3pC e E=40kV/m
e) Q=38,7pC e E=9kV/m. Q=19,1pC e E=90kV/m
3) Um capacitor de placas paralelas tem uma capacitância de 120pF e
100 cm2 de área de placa. O espaço entre as placas é preenchido com mica, cuja constante
dielétrica κ vale 5,40. As placas do capacitor são man�das sob uma diferença de potencial
de 50V.
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a) Qual é a intensidade do campo elétrico dentro da mica?b) Qual é a quan�dade de carga
nas placas?
a) E=10321V/m. Q=12nC
b) E=18988V/m. Q=16nC
c) E=8433V/m. Q=5nC
d) E=12100V/m. Q=5nC
e) E=12555V/m. Q=6nC
4) Projete um capacitor de placas paralelas com uma capacitância de 47,0pF e uma
capacidade de armazenamento de carga de 7,50nC. Você dispõe de placas condutoras, que
podem ser cortadas em qualquer tamanho, e de lâminas de Plexiglas que podem ser
cortadas em qualquer tamanho e espessura desejados.O Plexiglas tem uma constante
dielétrica κ=3,40 e uma rigidez dielétrica de 4,00.107 V/m.Seu capacitor deve ser o mais
compacto possível. Especifique todas as dimensões relevantes. Despreze o campo de
borda nos lados das placas do capacitor.
a) z=6,7.10-6 m; x=4,2.10-3 m; y=2,5.10-3 m
b) z=3,99.10-6 m; x=2,5.10-3 m; y=2,5.10-3 m
c) z=5,3.10-6 m; x=4,2.10-3 m; y=4,2.10-3 m
d) z=1,99.10-6 m; x=1,5.10-3 m; y=1,5.10-3 m
e) z=7,5.10-6 m; x=4,2.10-3 m; y=4,2.10-3 m
5) O volume entre os dois cilindros de um capacitor cilíndrico é preenchido com um
dielétrico de constante dielétrica κ e ligado a uma bateria com diferença de potencial ΔV.a)
Qual é a carga do capacitor?b) Qual é a razão entre esta carga e a carga de um capacitor
idên�co em tudo, mas sem o dielétrico entre as placas, ligado sob a mesma diferença de
potencial?
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a)
b)
c)
d)
e)
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NA PRÁTICA
Acompanhe um exemplo prá�co sobre Dielétricos.
Para a construção de um dielétrico, precisamos de um isolante, como mencionado na
introdução.
Existem diversos isolantes u�lizados para este fim. Temos alguns isolantes sólidos, como o
vidro, a madeira, a porcelana.
Por outro lado, existem diversos isolantes a par�r de polímeros e minerais. O óleo mineral é
extensivamente usado no interior de transformadores elétricos auxiliando no resfriamento.
No item "Saiba+" temos mais fontes de pesquisa como trechos de livros e alguns vídeos.
SAIBA +
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Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do
professor:
Dielétricos
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
Water as a dieletric (em inglês)
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
Phet - Capacitor Lab
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
Dielétricos - Exemplo
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
Física para Universitários - Eletricidade e Magne�smo
BAUER, WOLFGANGWESTFALL, GARYD.; DIAS, HELIO, Física para Universitários - Eletricidade
e Magne�smo, Porto Alegre: Mc Graw-HIll, 2012. Capítulo 4 - seção 4.8 e 4.9.
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
Física: Uma Abordagem Estratégica
KNIGHT, RANDALL D. Física: Uma Abordagem Estratégica. Porto Alegre: Bookman, 2009. Cap.
30.7
Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Con�ra!
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