Prática virtual - Capacitores

Prévia do material em texto

Prática virtual – Capacitores
Profa. Dra. Elizandra Sehn
Nome:Victor Manoel de Souza Mendes
Capacitor de placas paralelas
Neste experimento virtual, estudaremos a influência dos fatores geométricos na capacitância de um capacitor de placas paralelas. Também estudaremos a associação de capacitores. 
 
Experimento
Abrir o link abaixo e clicar em play.
http://twixar.me/910K
Procedimento
Este capacitor se encontra descarregado;
01. Carregue o capacitor aumentando a voltagem de 0 V para 1,5 V e desconecte a bateria. Descreva o que você observou nas placas do capacitor?
R:A placada superior ficou positiva e a debaixo negativa, após desconectar a bateria.
02. Mude a voltagem de 1,5 V para -1,5 V (isso corresponde a inverter os polos da pilha, que estão conectados ao capacitor). Descreva o que ocorreu com as placas do capacitor e compare com as observações anteriores;
R: Ao fazer o passo a passo da primeira questão e inverter os polos, as placas do capacitor mudou a posição, sendo assim a placa de cima ficou com a carga negativa e a debaixo ficou positiva.
Qual a relação entre o sinal nas placas do capacitor e os polos da pilha;
R: A relação analisada será simples, ao colocar a voltagem positiva para cima, as cargas de sinal negativo deslocam-se em sentido à placa positiva do capacitor e isso dá origem a um campo elétrico de polarização no interior do dielétrico, contrário ao campo elétrico externo. Quando sujeitos a um intenso campo elétrico, os meios dielétricos ficam polarizados.
Agora vamos analisar a dependência da capacitância de um capacitor de placas paralelas com a área da placa 
03. Retorne a voltagem para 1,5 V; Anote os seguintes valores:
Área da placa, A = 100.0 mm2
Separação entre as placas, d =10.0mm 
04. Em “medições” (barra cinza à direita) selecione a opção “capacitância” Anote o valor da capacitância do capacitor nestas condições.
C0 = 0.89x10^-13 F
05. Mantendo a separação entre as placas fixa, aumente a área (A) da placa do capacitor conforme pede a tabela 01. Anote os respectivos valores das capacitâncias.
Tabela 01
	A (mm²)
	100
	200
	300
	400
	C (F)
	0,89x10^-13
	1,79x10^-13 (202.3mm)
	2,65x10^-13 (299.2mm)
	3,54x10^-13
Obs: caso não consiga selecionar os valores exatos como pede a tabela, selecionar o que mais se aproxima. 
Anote suas observações quanto à relação entre a capacitância e a área da placa do capacitor. 
R: Ao reajustar os valores da área da placa, percebi que os valores da capacitância aumenta gradualmente ao valor da mesma, ou seja, quanto mais aumentar maior será.
Agora vamos analisar a dependência da capacitância de um capacitor de placas paralelas com a separação entre as placas 
06. Escolha uma área para a placa do capacitor e mantenha fixa. Modifique a separação entre as placas conforme pede a tabela 02, anotando os respectivos valores das capacitâncias.
Tabela 02
	d (mm)
	10
	9
	7
	5
	C (F)
	0,89x10^-13
	0,97x10^-13
	1,23x10^--13
	1,77x10^-13
Obs: caso não consiga selecionar os valores exatos como pede a tabela, selecionar o que mais se aproxima.
Anote suas observações quanto à relação entre a capacitância e a separação entre as placas do capacitor. 
R: Ao separar as placas mantendo os capacitores fixos, notasse que, ao diminuir a distância aumenta sua capacitância.
Agora vamos estudar o efeito da presença de um dielétrico entre as placas do capacitor. 
07. Abra a aba “Dielétrico”; Mude a voltagem para 1,5 V; Selecione a opção de medidas “capacitância” e introduza o dielétrico entre as placas do capacitor; Descreva o que ocorre com a capacitância. 
R: Ao introduzir o dielétrico entre as placas, podemos ver um aumento significativo na capacitância, subindo para 4,43x19^-13 F, onde inicialmente era 0,89x10^-13 F.
Descreva o que ocorre com a carga na placa do capacitor, ao introduzir o dielétrico.
R: As cargas da placa, no caso positivas, aumentaram de forma notável.
Descreva o que ocorre com as cargas no dielétrico ao ser colocado entre as placas do capacitor carregado. Explique o que você observou.
R:Ao colocar o dielétrico, podemos perceber que aonde possuía cargas positivas agora possuem uma carga negativa.
08. Imagine que você seja um cientista na área de tecnologia e deseja construir, para seu dispositivo eletrônico, um único capacitor de placas paralelas com maior capacitância possível; Depois de fazer um estudo no seu laboratório virtual; Como você resolveria essa sua necessidade? 
R: Após os estudos, pude concluir que para obter uma maior capacitância necessitaria de uma área de placa grande, a menor separação e, se possível, a utilização de um dielétrico obtendo assim uma grande capacitância.
Associação de capacitores
Agora vamos estudar capacitância equivalente nas associações em paralelo e em série. 
09. Abra a aba “capacitores múltiplos”; Selecione a opção “2 capacitores em paralelo”. Escolha dois capacitores diferentes. Anote os valores das capacitâncias: 
C1=2,00x10^-13 F
C2=1,00x10^-13 F
a)Selecione a opção de medidas “capacitância” e meça a capacitância total do sistema. 
Ctotal=0,30x10^-12 F
Compare essa medida com o valor teórico (faça o cálculo do valor teórico e apresente aqui o cálculo)
Ctotal= C1+C2...+CN
Ctotal=C1+C2
Ctotal=2,00+1,00= 3,00X10^-13 F ou 0,30x10^-12
b) Qual o comportamento das cargas armazenas na associação em paralelo?
R:Ao Aplicar uma voltagem de 1,5V, deduzimos que, ao olhar as placas dos capacitores em paralelo, vemos que o que possui a maior capacitância tem em sua placa uma maior concentração de cargas, ou seja, essa concentração é proporcional a sua capacitância, enquanto o outro capacitor possui cargas, só que em quantidade menores.
c) Selecione a opção de medidas “voltímetro” e meça a ddp em cada capacitor:
C1=1,00x10^-13 F DDP: 1,5V
C2=2,00x10^-13 F DDP: 1,5V
10. Selecione a opção “2 capacitores em série”. Escolha dois capacitores diferentes. Anote os valores das suas capacitâncias: 
C1=2,00x10^-13 F 
C2=1,00x10^-13 F 
a)Meça a capacitância total do sistema. 
Ctotal=0,07x10^-12
Compare essa medida com o valor teórico (faça o cálculo do valor teórico e apresente aqui o cálculo)
R: Valor Teórico Obtido: 0,6666..x10^-13
 Qual o comportamento das cargas armazenas na associação em série?
R:Ao Aplicar uma voltagem de 1,5V, deduzimos que, ao olhar as placas dos capacitores em serie, concluimos que as cargas nos dois capacitores são identicas, ou seja, a mesma quantidade para ambas.
c) Selecione a opção de medidas “voltímetro” e meça a ddp em cada capacitor:
C1=DDP: 0,5V
C2=DPP: 1,0V
11. Selecione a opção “2 capacitores em série + 1 em paralelo”. Escolha três capacitores diferentes. Anote os valores das suas capacitâncias: 
C1=1,00x10^-13
C2=2,00x10^-13
C3=3,00x10^-13
Meça a capacitância total do sistema. 
Ctotal=0,37x10^-12
Compare essa medida com o valor teórico (faça o cálculo do valor teórico e apresente aqui o cálculo)
R:Primeiro, isolando o paralelo e aplicando a fórmula:
0,666666..x10^-13
Depois aplicando a fórmula do paralelo:
0,66666+3,00= 3,6x10^-13 ou 0,37x10^-12
b) Qual o comportamento das cargas armazenas na associação nos três capacitores?
R: Nos dois primeiros capacitores conectados em série, vemos a mesma distribuição de cargas, ao passar para o terceiro capacitor em paralelo, vemos que a carga nas placas é muito maior que as que vimos nos dois primeiros capacitores.
c) Selecione a opção de medidas “voltímetro” e meça a ddp em cada capacitor:
C1=DDP: 1V
C2=DDP: 0,5V
C3=DDP: 1,5V
Fonte: adaptado de Neves, W. Q. Capacitor-experimento virtual. Prática virtual. IFCE. PHET colorado. 2019.