1. CAPACITORES
Da mesma forma que uma caixa d´ água armazena água, um capacitor tem a função de armazenar carga elétrica. Essa carga elétrica e a energia acumulada no capacitor são úteis para dar partida em um ventilador ou gerar luz em um flash de máquina fotográfica.
Um capacitor é composto por dois pares de condutores e a sua carga se dá através de um gerador. O polo positivo do gerador carrega positivamente o condutor A e consequentemente atrai as cargas negativas para o interior, repelindo as positivas para o exterior do condutor B. Como a parte exterior está ligada a Terra, ela é descarregada, deixando as cargas armazenadas através da atração entre elas, com um condutor positivo e um condutor negativo.
Os condutores chamam-se armaduras do capacitor, onde uma sempre será positiva e a outra negativa. Para que as cargas permaneçam presas nos condutores, entre as duas armaduras é preciso que exista um isolante, impedindo que as cargas passem de uma armadura para outra. Dentre eles, temos como exemplo, o vácuo, o ar, papel, mica e etc.
A capacidade que um capacitor possui em armazenar carga elétrica é medida por uma grandeza chamada capacitância (C).
\(C = \frac{Q}{U}\)
\(Q = CU\)
Portanto, para a mesma diferença de potencial (U), o capacitor que possui maior capacitância acumula mais carga elétrica (Q).
A unidade de capacitância no SI é farad (F). É comum o uso de submúltiplos: 1 pC = 10-12 C.
2. FATORES QUE INFLUENCIAM NA CAPACITÂNCIA
A capacitância C do capacitor plano depende das seguintes características:
- Área (A) das armaduras: quanto maior a área da superfície das placas que constituem o capacitor, maior a capacitância.
- A distância d entre as placas: a capacitância é inversamente proporcional a distância entre as placas.
- Natureza do isolante: por enquanto, considere o vácuo como isolante.
Juntando as dependências em uma expressão matemática, temos:
\(C = \frac{\epsilon_0 . A}{d} \)
ε0 é a constante de proporcionalidade chamada permissividade absoluta do vácuo.
Unidade no SI: ε0 = 8,8•10-12 F/m
3. ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA
A carga elétrica possui energia, portanto, um capacitor armazena energia potencial elétrica. É possível demostrar que a energia potencial é dada pela expressão abaixo.
\(E = \;\frac{{QU}}{2}\)
Em geral, é comum utilizar a fórmula acima em função da capacitância do capacitor e da ddp (U) entre os seus terminais. Usando Q = CU:
\(E = \frac{{\left( {CU} \right).U}}{2}\)
\(E = \frac{{C{U^2}}}{2}\)
4. DIELÉTRICO
O isolante (dielétrico) que se encontra entre as placas do capacitor influencia no valor da capacitância. Sendo a capacitância no vácuo definida por C0, a capacitância C de um capacitor com um dielétrico é dada por
\(\frac{C}{{{C_0}}} = k\)
Dessa forma, a capacitância aumenta de um fator k quando comparada com o vácuo.
|
Dielétrico |
k |
|
Vácuo |
1 |
|
Ar |
1,0006 |
|
Papel |
3,5 |
|
água |
81 |
Desta maneira, podemos dizer que a capacitância de um capacitor com dielétrico entre as armaduras é k vezes maior que a capacitância do mesmo capacitor a vácuo.
\(C = k. \frac{\epsilon_0 . A}{d} \)
5. ASSOCIANDO CAPACITORES
Os capacitores também podem ser associados em série e paralelo.
5.1 Associação de capacitores em série
Na associação em série, todos os capacitores apresentam a mesma carga Q, pois são percorridos pela mesma corrente.
A capacitância equivalente é dada por:
\(\frac{1}{{{C_{eq}}}} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} + \frac{1}{{{C_3}}}\)
Essa expressão é análoga a da associação de resistores em paralelo.
5.2 Associação de capacitores em paralelo
Na associação em paralelo, todos os capacitores apresentam a mesma ddp U.
A capacitância equivalente é dada por:
\({C_{eq}} = {C_1} + {C_2} + {C_3}\)
Essa expressão é análoga a da associação de resistores em série.