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Capacitores e Capacitância Prof. Wilian Soares Lacerda Capacitores • Capacitores ou condensadores são elementos elétricos capazes de armazenar carga elétrica e, conseqüentemente, 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. •• CapacitânciaCapacitância:: éé aa propriedadepropriedade dede umum sistemasistema dede condutorescondutores ee isolantesisolantes queque permitepermite queque oo sistemasistema armazenearmazene cargacarga.. ExpressaExpressa emem FaradsFarads (F)(F) Dielétricos • Normalmente isolantes elétricos; • Em capacitores, aumentam a capacitância de um fator k, propriedade do dielétrico;um fator k, propriedade do dielétrico; • Reduz a diferença de potencial; • Aumenta a relação Q/V. Capacidade ou Capacitância de um Capacitor A carga elétrica armazenada em um capacitor é diretamente proporcional à diferença de potencial elétrico ao qual foi submetido. Q ∝∝∝∝V Assim sendo, definimos capacidade eletrostática C de um capacitor como a razão entre o valor absoluto da carga capacitor como a razão entre o valor absoluto da carga elétrica Q e a ddp V nos seus terminais. C = Q/V Essa carga elétrica corresponde à carga de sua armadura positiva. CAPACITÂNCIA DO CAPACITOR: É a medida da capacidade de armazenamento de um capacitor. )/( FaradVC V Q C == V == Q: quantidade de cargas armazenadas em cada placa do capacitor (Coulomb). V: DDP (Volts) A capacidade eletrostática 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). 11 FF == 11 Coulomb/VoltCoulomb/Volt..11 FF == 11 Coulomb/VoltCoulomb/Volt.. Subunidades: Capacitor Plano É constituído por duas placas iguais, planas e paralelas que, ao serem conectadas a um gerador, adquirem cargas elétricas. Capacidade Eletrostática do Capacitor Plano • 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. Demonstra-se que a capacidade eletrotáti ca, é dada o:pr A – área das placas (m2) d – distância entre as placas (m) k.ε - Permissividade elétrica do meio Lembrando que no caso de o meio entre as placas ser o vácuo, o valor da constante dielétrica é 1. k.ε0 - Permissividade elétrica do meio ε0 = 8,85.10-12 F/m K – constante dielétrica (adimensional) C = k.ε0.A/d �� Esfera carregada, raio Esfera carregada, raio RR:: �� Capacitor de placas Capacitor de placas �� Capacitor de placas Capacitor de placas paralelasparalelas:: �� Capacitor cilíndrico:Capacitor cilíndrico: Energia armazenada num capacitor W = ½ . Q.V W = ½ . C.V2 Símbolo do capacitor + -+ - Associação em série de capacitores + - + - + - C1 C2 C3 • Dois ou mais capacitores estão em série quando entre eles não há nós. • Todos os capacitores adquirem a mesma carga elétrica Q. Associação em série de capacitores adquirem a mesma carga elétrica Q. • V = V1 + V2 + V3 • Regra prática válida somente para dois capacitores em série de cada vez: 321 321 1111 constante VVVV QQQ ++= === Associação em série de capacitores 321. 1111 CCCCeq ++= Associação em paralelo de capacitores + - + - + - C1 C2 C3+ -C3 • Dois ou mais capacitores estão em paralelo quando seus terminais estão ligados aos mesmos nós. Associação em paralelo de capacitores • Todos os capacitores estão sujeitos à mesma ddp V. • Q = Q1 + Q2 321 321 constante QQQQ VVV ++= === Associação em paralelo de capacitores 321. 321 CCCC QQQQ eq ++= ++= Resumo de Capacitâncias equivalentes: • Paralelo: • Série: Tipos de Capacitores • Capacitor de Disco Cerâmico. Tipos de Capacitores • Capacitor de Poliéster Tipos de Capacitores • Capacitor Eletrolítico: Facilmente identificável por sua aparência, normalmente é feito em uma caneca de alumínio. Pode apresentar terminais radias ou axiais. Sua capacitância e tensão nominais costumam ser gravados diretamente no corpo do componente. O capacitor apresentado na figura a seguir possui capacitância nominal de 470uF e tensão de seguir possui capacitância nominal de 470uF e tensão de armadura de 35V. • Possui polaridade para conexão, que pode ser identificada por indicações também no corpo do componente. O terminal negativo também costuma ser mais curto quando se trata de um componente novo. Tipos de Capacitores • Capacitor eletrolítico Capacitor variável Carga e descarga do capacitor • • A B • • i Carga do capacitor dt dq i = RC t o RC t eIe R i −− == ε Vf /e Vf Vbc 0,632Vf −= −= −− RC t f RC t eQeCq 11ε R )1( RC t bc eV − −= ε Descarga do capacitor V o 0,368Vo RC t obc eVv − = RC t oeQq − = RC t oeIi − = RC é o tempo para que a ddp no capacitor atinja 36,8% do seu valor inicial
