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ELETRICIDADE I 1 1 Material de Consulta para o Aluno 4º Tópico – Capacitores 4.1 – Definição O capacitor é fundamentalmente um componente que armazena cargas elétricas. A partir desse princípio e das propriedades vistas no quadro inicial, ele pode desenvolver várias funções nos circuitos eletrônicos. Um capacitor é constituído basicamente de dois elementos condutores (placas metálicas ou armaduras) separados por um material isolante (dielétrico), como ilustra a figura a seguir. A unidade de capacitância é o Farad (F), mas por ser uma unidade que fornece valores elevados, normalmente trabalha-se com os submúltiplos microfarad (µF), nanofarad (nF) e picofard (pF). A capacitância vai depender de diversos fatores, tais como: Tipo de dielétrico. Distância entre as placas. Área das placas. ELETRICIDADE I 2 2 Tipos de capacitores Fixos → Apresentam capacitância nominal com valores fixos. Eles podem ser: Polarizados: Aplicados apenas na corrente contínua. Ex.: eletrolítico, a óleo, tântalo etc. Despolarizados: Podem ser aplicados tanto na corrente contínua como alternada. Ex.: poliéster, cerâmica, mica etc. Variáveis → Sua capacitância pode ser ajustada manualmente conforme a necessidade. ELETRICIDADE I 3 3 Aplicações dos capacitores Corrente contínua: Na corrente contínua atua como armazenador de energia em suas placas, que pode ser utilizado como temporizador. Corrente alternada: Na corrente alternada atua como filtro para determinadas frequências. 4.2 – Leitura de capacitores O valor nominal dos capacitores é descrito, no seu próprio corpo, através de código de cores ou alfanumérico. Código de cores Cores 1ª Faixa 2ª Faixa 3ª Multiplicador 4ª Tolerância 5ª Tensão Nominal PRETO 0 0 - ± 20% - MARROM 1 1 x 10 - - VERMELHO 2 2 x 100 - 250V LARANJA 3 3 x 1000 - - AMARELO 4 4 x 10000 - 400V VERDE 5 5 x 100000 - - AZUL 6 6 - - 630V VIOLETA 7 7 - - - CINZA 8 8 - - - BRANCO 9 9 - ± 10% - ELETRICIDADE I 4 4 Exemplo: 1ª Faixa: Amarela = 4 2ª Faixa: Violeta = 7 3ª Faixa: Amarela = x 10.000 Valor obtido: 470.000 pF = 470 nF ou 470 kpF 4ª Faixa - Tolerância: Branca = ±10% 5ª Faixa – Tensão de isolamento: Vermelha = 250 V Alfanumérico No caso dos exemplos acima, os capacitores apresentam os seguintes valores: 1º capacitor: 472 1º dígito: valor = 4 2º dígito: valor = 7 3º dígito: número de zeros = 2 = 00 Valor obtido: 4.700 pF ou 4,7 kpF ou 4,7 nF 2º capacitor: 104K 1º dígito: valor = 1 2º dígito: valor = 0 3º dígito: número de zeros = 4 = 0000 Valor obtido: 100.000 pF ou 100 kpF ou 100 nF Letra: Tolerância = K = ±10% ELETRICIDADE I 5 5 3º capacitor: 103 Z5U 1º dígito: valor = 1 2º dígito: valor = 0 3º dígito: número de zeros = 3 = 000 Valor obtido: 10.000 pF ou 10 kpF ou 10 nF 1ª letra: Temperatura mínima de trabalho = Z = - 10ºC 4º dígito: Temperatura máxima de trabalho = 5 = = 85ºC 2ª letra: Variação máxima da capacitância = U = ± 22% 4.2 – Associações de Capacitores Da mesma forma que acontece com os resistores, os fabricantes não produzem todos os valores de capacitores. Muitas vezes, para obter uma determinada capacitância, devemos fazer associações. Elas podem ser: Série Fórmula Geral: 1 1 1 1.... CT C1 C2 Cn Capacitores dois a dois: C1 C2CT C1 C2 Capacitores iguais: CCT n onde, R é o valor nominal do capacitor e “n” o número de capacitores associados. ELETRICIDADE I 6 6 Exemplo: C1 = 40 nF C2 = 10 nF c3 = 8 nF 1 1 1 1 1 1 10,025 0,1 0,125 0,25 CT 4nF CT 40 10 8 CT CT 0,25 Ou 40 10 400CT 8nF 40 10 50 . Agora ficou CT = 8nF em paralelo com C3 = 8nF, como são dois capacitores iguais: 8CT CT 4nF 2 Principais características da associação de capacitores em série são: A tensão máxima da fonte a ser aplicada no conjunto deverá ser no máximo igual à soma das tensões de isolamento de cada capacitor. A carga total armazenada será em função da capacitância equivalente. Paralelo CT = C1 + C2 + ... + Cn CT = Capacitância Total ou Capacitância Equivalente. Cn = Número de capacitores associados. ELETRICIDADE I 7 7 Exemplo: C1 = 30 µF C2 = 25 µF C3 = 15 µF CT = 30 + 25 + 15 = 70 µF Principais características da associação de capacitores em série são: A tensão máxima da fonte a ser aplicada no conjunto deverá ser no máximo igual à tensão de isolamento do menor capacitor. A carga total armazenada será a soma da carga armazenada por cada capacitor. Mista No caso da associação mista de capacitores devemos observar qual a primeira associação a ser resolvida, sempre partindo do interior para fora do circuito. Neste caso, vamos resolver os capacitores de 30 e 15 em série. 30 15 450CT 10 F 30 15 45 Agora, vamos pegar esse resultado e fazer em paralelo com o capacitor de 20 µF. CT = 10 + 20 = 30µF ELETRICIDADE I 8 8 4.3 – Carga de um capacitor Quando ligamos uma fonte de tensão a um capacitor, como no circuito abaixo, a armadura ligada ao polo negativo da fonte eletriza-se negativamente por contato: os elétrons livres se dirigem do polo negativo para a placa, carregando-a. Surge então um campo elétrico ao redor dela, que repele os elétrons livres da outra placa, os quais se deslocam para o polo positivo da fonte. Essa placa, portanto, começa a se carregar positivamente por indução. A quantidade de carga (q), em Coulombs, acumulada em um capacitor, dada a sua capacitância (C) em Farads e a tensão (V) sobre ele, em Volts, pode ser calculada através da seguinte fórmula: q CV Exemplo: Calcule a carga armazenada por um capacitor de 100 µF ligado a uma fonte de 24 V. 6 6q CV q 100 10 24 2.400 10 C 2.400 C 4.4 – Testando o Estado dos Capacitores Os capacitores podem estragar ao descarregarem uma corrente alta demais ou ao ficarem sem eletrólitos (o que os torna incapazes de "segurar" uma carga). As peças deste tipo, por sua vez, costumam estragar devido a vazamentos na sua carga armazenada. Há várias maneiras de testar um capacitor e ver se ele ainda funciona corretamente. Esses métodos são mais confiáveis para capacitores eletrolíticos de grande capacidade. ELETRICIDADE I 9 9 Multímetro com Capacímetro Desconecte o capacitor do circuito do qual ele faz parte. Leia o valor de capacitância na sua parte externa. A unidade de medida da capacitância é o farad, abreviado com um "F". Você também pode encontrar a letra grega mu (µ), que se assemelha a um "u" em letra minúscula. Já que o farad é uma unidade grande, a maioria dos capacitores mede a capacitância em microfarads, que equivalem a 1/1000. Leve o seu multímetro a essa configuração de capacitância. Conecte as ponteiras do multímetro aos terminais do capacitor. Conecte a ponteira positiva (vermelha) ao terminal positivo do capacitor e a ponteira negativa (preta) ao terminal negativo. Na maioria dos capacitores, especialmente os eletrolíticos, o terminal positivo é mais longo do que a d0 terminal negativo. Verifique a leitura do multímetro. Se a leitura de capacitância se aproximar do valor expresso pelo capacitor em si, o aparelho está funcionando bem. Se o valor for muito menor do que aquele expresso pelo capacitor -- ou zero --, o aparelho está estragado. Multímetro Digital sem Capacímetro Desconecte o capacitor do seu circuito. Leve o multímetro à configuração de resistência. Ela pode ser marcada pela palavra "OHM" (a unidade de medida) ou pela letra grega ômega (Ω), abreviação de ohm. Se a resistência da unidade puder ser ajustada,leve-a a 1000 ohm = 1K ou mais. Conecte as ponteiras do multímetro aos terminais do capacitor. Novamente: conecte a ponteira vermelha ao terminal positivo (mais longo) e a ponteira preta ao terminal negativo (mais curto). Observe a leitura do multímetro. Anote o valor de resistência inicial, se quiser. Esse valor logo se inverterá ao que era antes de você ter conectado as peças vermelha e preta. Desconecte e reconecte o capacitor várias vezes. Você verá os mesmos resultados gerados no primeiro teste. Se isso acontecer, o capacitor estará funcionando. No entanto, se o valor de resistência não mudar nesses testes, o capacitor estará aberto. ELETRICIDADE I 10 10 Multímetro Analógico Desconecte o capacitor do seu circuito. Leve o multímetro à configuração de resistência. Assim como com o multímetro digital, pode haver uma marcação de "OHM" ou uma letra ômega (Ω) no local. Conecte as ponteiras do multímetro aos terminais do capacitor. Ponteira vermelha no terminal positivo (mais longo), ponteira preta no terminal negativo (mais curto). Observe os resultados. Os multímetros analógicos usam uma agulha para exibir os seus resultados. O comportamento dessa agulha determina a qualidade do capacitor. Se, no início, a agulha mostrar um valor de resistência baixo e gradualmente se mexer para a direita, o aparelho estará bom. Se a agulha mostrar um valor de resistência baixo e não se mexer, o capacitor terá sofrido um curto. Você deverá trocá-lo. Se a agulha não mostrar qualquer valor de resistência (ou mostrar um valor alto) e não se mexer para a direita, o capacitor estará aberto. Se a agulha mostrar uma resistência fixa, o capacitor está em fuga. Obs.: Antes de efetuar qualquer um dos métodos citados acima, não esquecer de descarregar o capacitor dando um curto em seus terminais, com todo o cuidado.
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