CAP 25 CAPACITORES FÍSICA II (2)

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CAP 25 - CAPACITância
Prof. Me. Mislayne VEIGA
Capacitores ou Condensadores
Capacitores ou condensadores são elementos elétricos capazes de armazenar carga elétrica e, consequentemente, energia potencial elétrica.
Podem ser esféricos, cilíndricos ou planos, constituindo-se de dois condutores denominados armaduras que, ao serem eletrizados, armazenam cargas elétricas de mesmo valor absoluto, porém de sinais contrários.
Os formatos típicos consistem em dois eletrodos ou placas que armazenam cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante ou por um dielétrico. A carga é armazenada na superfície das placas, no limite com o dielétrico. Devido ao fato de cada placa armazenar cargas iguais, porém opostas, a carga total no dispositivo é sempre zero.
FiGURAS DE CAPACITORES
CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS
https://phet.colorado.edu/sims/html/capacitor-lab-basics/latest/capacitor-lab-basics_pt_BR.html
CARACTERÍSTICAS DO CAPACITOR
O símbolo do capacitor é constituído por duas barras iguais e planas que representam as armaduras do capacitor plano.
 
Qualquer que seja o tipo de capacitor (fixos despolarizados e eletrolíticos), sua representação será a mesma do capacitor plano.
Quando as placas das armaduras estão eletricamente neutras, dizemos que o capacitor está descarregado.
O processo de carga cessa ao equilibrarem-se os potenciais elétricos das armaduras com os potenciais elétricos dos terminais do gerador, ou seja, quando a diferença de potencial elétrico (ddp) entre as armaduras do capacitor for igual à ddp nos terminais do gerador, e nesse caso dizemos que o capacitor está carregado com carga elétrica máxima.
Num circuito, só há corrente elétrica no ramo que contém o capacitor enquanto este estiver em carga ou em descarga.
CAPACITÂNCIA OU CAPACIDADE DE UM CAPACITOR
A carga elétrica armazenada em um capacitor é diretamente proporcional à diferença de potencial elétrico ao qual foi submetido.
Assim sendo, definimos capacidade eletrostática (CAPACITÂNCIA) C de um capacitor como a razão entre o valor absoluto da carga elétrica Q e a ddp V nos seus terminais.
 Q=C.V
Essa carga elétrica corresponde à carga de sua armadura positiva.
CAPACITÂNCIA OU CAPACIDADE DE UM CAPACITOR
 A capacitância de um capacitor depende da forma e dimensões de suas armaduras e do dielétrico (material isolante) entre as mesmas.
 A unidade de capacidade eletrostática, no SI, é o farad (F).
 1 F = 1 Coulomb/Volt. 
Capacitância do capacitor DE PLACAS PARALELAS
O capacitor plano é constituído de duas placas planas, condutoras, paralelas entre as quais é colocado um material isolante denominado dielétrico.
Esse material isolante pode ser: vácuo, ar, papel, cortiça, óleo etc.
CAPACITÂNCIA DO CAPACITOR CILÍNDRICO
CAPACITÂNCIA DO CAPACITOR ESFÉRICO
CAPACITÂNCIA DA ESFERA ISOLADA
PROBLEMA 2
O capacitor da Fig. 25-25 possui uma capacitância de 25 μF e está inicialmente descarregado. A bateria produz uma diferença de potencial de 120 V. Quando a chave S é fechada, qual é a carga total que passa por ela?(David 132)
PROBLEMA 3
Um capacitor de placas paralelas possui placas circulares com um raio de 8,20 cm, separadas por uma distância de 1,30 mm. (a) Calcule a capacitância. (b) Qual será a carga das placas se uma diferença de potencial de 120 V for aplicada ao capacitor?(David 132)
ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES
Associação em série
Dois ou mais capacitores estarão associados em série quando entre eles não houver nó, ficando, dessa forma, a armadura negativa de um ligada diretamente à armadura positiva do outro.
Ao estabelecermos uma diferença de potencial elétrico nos terminais da associação, haverá movimentação de elétrons nos fios que unem os capacitores até que estes estejam completamente carregados.
ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES
Esse fato nos permite concluir que:
todos os capacitores ficam carregados com a mesma carga elétrica Q;
a carga elétrica armazenada na associação é igual a Q, pois foi essa quantidade que a pilha movimentou da armadura positiva do capacitor C1 para a armadura negativa do capacitor C3.
ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES PARALELO
ENERGIA ARMAZENADA EM UM CAMPO ELÉTRICO
DENSIDADE DE ENERGIA
Energia potencial por unidade de volume
·32    Um capacitor de placas paralelas cujo dielétrico é o ar é carregado com uma diferença de potencial de 600 V. A área das placas é 40 cm2 e a distância entre as placas é 1,0 mm. Determine (a) a capacitância, (b) o valor absoluto da carga em uma das placas, (c) a energia armazenada, (d) o campo elétrico na região entre as placas e (e) a densidade de energia na região entre as placas.(David 134)
··37   Um capacitor de placas paralelas, cujas placas têm área de 8,50 cm2 e estão separadas por uma distância de 3,00 mm, é carregado por uma bateria de 6,00 V. A bateria é desligada e a distância entre as placas do capacitor é aumentada (sem descarregá-lo) para 8,00 mm. Determine (a) a diferença de potencial entre as placas, (b) a energia armazenada pelo capacitor no estado inicial, (c) a energia armazenada pelo capacitor no estado final e (d) a energia necessária para separar as placas.(David 135)
CAPACITOR COM UM DIELÉTRICO
Quando preenchemos o espaço entre as placas de um capacitor com um dielétrico, que é um material isolante como plástico ou óleo mineral, o que acontece com a capacitância? O cientista inglês Michael Faraday, a quem devemos o conceito de capacitância (a unidade de capacitância do SI recebeu o nome de farad em sua homenagem), foi o primeiro a investigar o assunto, em 1837. Usando um equipamento simples como o que aparece na Fig. 25-12, Faraday constatou que a capacitância era multiplicada por um fator numérico κ, que chamou de constante dielétrica do material isolante. A Tabela 25-1 mostra alguns materiais dielétricos e as respectivas constantes dielétricas. Por definição, a constante dielétrica do vácuo é igual à unidade. Como o ar é constituído principalmente de espaço vazio, sua constante dielétrica é apenas ligeiramente maior que a do vácuo. Até mesmo o papel comum pode aumentar significativamente a capacitância de um capacitor, e algumas substâncias, como o titanato de estrôncio, podem fazer a capacitância aumentar mais de duas ordens de grandeza.
·40    Um capacitor de placas paralelas, cujo dielétrico é o ar, tem uma capacitância de 1,3 pF. A distância entre as placas é multiplicada por dois, e o espaço entre as placas é preenchido com cera, o que faz a capacitância aumentar para 2,6 pF. Determine a constante dielétrica da cera.(David 135)
·41    Um cabo coaxial usado em uma linha de transmissão tem um raio interno de 0,10 mm e um raio externo de 0,60 mm. Calcule a capacitância, por metro, do cabo, supondo que o espaço entre os condutores seja preenchido com poliestireno.(David 135)
·43    Dado um capacitor de 7,4 pF cujo dielétrico é o ar, você recebe a missão de convertê-lo em um capacitor capaz de armazenar até 7,4 μJ com uma diferença de potencial máxima de 652 V. Que dielétrico da Tabela 25-1 você usaria para preencher o espaço entre as placas se não fosse permitida uma margem de erro?(David 135)
··46   Na Fig. 25-46, qual é a carga armazenada nos capacitores de placas paralelas se a diferença de potencial da bateria é 12,0 V? O dielétrico de um dos capacitores é o ar; o do outro, uma substância com κ = 3,00. Para os dois capacitores, a área das placas é 5,00 × 10−3 m2 e a distância entre as placas é 2,00 mm.(David 135)