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Física III

Estou com dificuldade em fisica III, capacitores, capacitancia. alguém pode me ajudar?

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Nayara Santos

• POTENCIAL ELETROSTÁTICO Imagine um campo elétrico gerado por uma carga Q, ao ser colocada um carga de prova q em seu espaço de atuação podemos perceber que, conforme a combinação de sinais entre as duas cargas, esta carga q, será atraída ou repelida, adquirindo movimento, e consequentemente Energia Cinética. Lembrando da energia cinética estudada em mecânica, sabemos que para que um corpo adquira energia cinética é necessário que haja uma energia potencial armazenada de alguma forma. Quando esta energia está ligada à atuação de um campo elétrico, é chamada Energia Potencial Elétrica ou Eletrostática, simbolizada por . A unidade usada para a é o joule (J). Pode-se dizer que a carga geradora produz um campo elétrico que pode ser descrito por uma grandeza chamada Potencial Elétrico (ou eletrostático). De forma análoga ao Campo Elétrico, o potencial pode ser descrito como o quociente entre a energia potencial elétrica e a carga de prova q. Ou seja: Logo: A unidade adotada, no SI para o potencial elétrico é o volt (V), em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta, e a unidade designa Joule por coulomb (J/C). Quando existe mais de uma partícula eletrizada gerando campos elétricos, em um ponto P que está sujeito a todas estes campos, o potencial elétrico é igual à soma de todos os potenciais criados por cada carga, ou seja: Uma maneira muito utilizada para se representar potenciais é através de equipotenciais, que são linhas ou superfícies perpendiculares às linhas de força, ou seja, linhas que representam um mesmo potencial. Para o caso particular onde o campo é gerado por apenas uma carga, estas linhas equipotenciais serão circunferências, já que o valor do potencial diminui uniformemente em função do aumento da distância (levando-se em conta uma representação em duas dimensões, pois caso a representação fosse tridimensional, os equipotenciais seriam representados por esferas ocas, o que constitui o chamado efeito casca de cebola, onde quanto mais interna for a casca, maior seu potencial). • TRABALHO DE UMA FORÇA ELÉTRICA O trabalho que uma carga elétrica realiza é análogo ao trabalho realizado pelas outras energias potenciais usadas no estudo de mecânica, ou seja: Se imaginarmos dois pontos em um campo elétrico, cada um deles terá energia potencial dada por: Sendo o trabalho realizado entre os dois pontos: Mas sabemos que, quando a força considerada é a eletrostática, então: • DIFERENÇA DE POTENCIAL (SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS) Considere dois pontos de um campo elétrico, A e B, cada um com um posto a uma distância diferente da carga geradora, ou seja, com potenciais diferentes. Se quisermos saber a diferença de potenciais entre os dois devemos considerar a distância entre cada um deles. Então teremos que sua tensão ou d.d.p (diferença de potencial) será expressa por U e calculada por: As superfícies Equipotenciais são superfícies de um campo elétrico, onde todos os pontos apresentam mesmo potencial elétrico, ou seja, suas linhas de força são sempre perpendiculares a sua superfície. Se um condutor elétrico apresenta equilíbrio em sua superfície, esta superfície é equipotencial. Sua representação matemática se baseia na expressão do trabalho: τ = q (Vb - Va) Onde: τ = trabalho da força elétrica q = carga elétrica (Vb - Va) = diferença de potencial elétrico Quando A e B estão na mesma superfície equipotencial, então Va = Vb, apresentando, portanto, uma variação de potencial elétrica nula, igual à zero. Quando uma carga puntiforme cria um campo elétrico, as superfícies equipotenciais desse campo são esféricas com centro na carga. Num campo elétrico uniforme, as superfícies equipotenciais são paralelas entre si. Isso acontece pelo fato de serem perpendiculares. • CAPACITORES Em circuitos eletrônicos alguns componentes necessitam que haja alimentação em corrente contínua, enquanto a fonte está ligada em corrente alternada. A resolução deste problema é um dos exemplos da utilidade de um capacitor. Este equipamento é capaz de armazenar energia potencial elétrica durante um intervalo de tempo, ele é construído utilizando um campo elétrico uniforme. Um capacitor é composto por duas peças condutoras, chamadas armaduras e um material isolante com propriedades específicas chamado dielétrico. Para que haja um campo elétrico uniforme é necessário que haja uma interação específica, limitando os possíveis formatos geométricos de um capacitor, assim alguns exemplos de capacitores são: - CAPACITORES PLANOS: - CAPACITORES CILÍNDRICOS: - CAPACITÂNCIA Vamos imaginar e considerar que tenhamos um capacitor carregado com carga Q. Suponhamos então que a placa A desse capacitor possua potencial elétrico VA e a placa B possua potencial elétrico VB. A tensão elétrica ou diferença de potencial entre as placas do capacitor é representada por U. Sendo assim, determinamos a capacidade ou capacitância desse capacitor fazendo o uso da seguinte equação: A capacidade depende: - Do isolante entre as armaduras. - Da força e do tamanho de cada armadura, bem como da posição relativa entre elas. Energia potencial elétrica armazenada por um capacitor: Para que consigamos armazenar energia em um capacitor é necessário realizar um trabalho que se transforma em energia potencial elétrica. Sendo assim, vamos considerar a figura acima, onde temos um circuito elétrico com capacitor plano. Caso fechemos a chave D do circuito, o capacitor irá carregar-se. Desta forma, sua capacitância é dada por , que resulta que a carga do capacitor é, em cada instante, diretamente proporcional à sua diferença de potencial. Podemos expressar esse resultado através do gráfico Q x U mostrado abaixo. O gerador, ao carregar o capacitor, forneceu-lhe energia potencial elétrica. Essa energia armazenada pelo capacitor é dada, numericamente, pela área A representada na figura abaixo. EP=área sombreada Em resumo temos: - ENERGIA ARMAZENADA POR UM CAPACITOR A grande utilidade dos capacitores reside no fato de que esses dispositivos podem armazenar energia ao manter uma diferença de potencial entre suas placas, em virtude da separação de cargas. A diferença de potencial V entre as placas de um capacitor depende da carga Q, como mostra o gráfico da figura abaixo. A energia necessária para carregar o capacitor corresponde, numericamente, à área sob a curva Vx Q. Mas como Q = C.V, então temos: Qualquer uma dessas expressões permite calcular a energia armazenada em um capacitor. Essa energia armazenada, que é fornecida pela fonte externa, pode ser usada posteriormente. Assim, um capacitor carregado se comporta de certa forma, como uma bateria cuja diferença de potencial depende da carga armazenada nas placas. Nas baterias normais, a diferença de potencial é constante, enquanto que nos capacitores ela diminui à medida que eles se descarregam. REFERÊNCIAS POTENCIAL ELETROSTÁTICO: Potencial Elétrico. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrostatica/potencial.php> Acesso em; 17/04/2018. SUPERFÍCIE EQUIPOTENCIAIS: Diferença de Potencial. Disponível em:<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/superficies-equipotenciais.htmMSBezd0t5rw > Acesso em; 16/04/2018. CAPACITORES: FÍSICA 3. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/capacitores.php> Acesso em; 17/04/2018. ENERGIA NOS CAPACITORES: CAPACITORES. Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/energia-nos-capacitores.htm> Acesso em; 17/04/2018.

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