Ivair José de Souza

Capacitor

O capacitor é constituído de duas placas condutoras separadas por um
isolante (dielétrico) e tem a propriedade de armazenar energia elétrica.   

capacitor - Ivair
O capacitor recebe o nome do isolante colocado entre suas placas. Dentre os diversos tipos de capacitores
tem-se os seguintes tipos: capacitor de poliéster, de cerâmica, eletrolítico, de mica, a óleo, etc.

A carga armazenada no capacitor é a carga de uma de suas placas. Sendo a carga elétrica num capacitor igual a
2 coulombs, significa que há uma carga negativa de --2 coulombs em uma das placas e uma carga positiva de
+2 coulombs na outra placa. Há excesso de elétrons em uma das placas e falta e elétrons na outra placa.

A capacitância é a capacidade do capacitor de armazenar carga elétrica e é medida em farads (F).
Um capacitor tem uma capacitância de um FARAD quando armazena uma carga elétrica de um COULOMB e sendo a  tensão entre as suas placas de um VOLT.    1 farad = 1 coulomb / 1volt
A capacitância opõe às variações de tensão.

A capacitância de um capacitor depende diretamente da área de uma das placas, do tipo do dielétrico e depende inversamente da espessura do dielétrico (distância entre as placas)

Um capacitor de um FARAD seria “muito grande” portanto, na prática, utilizamos os submúltiplos do FARAD que são:
picoFarad= (10-12 F)    nanoFarad =10-9 F)  microFarad =10-6 F)   mileFarad = 10-3 F)
47pF = 47.10-12 F  100 nF = 100.10-9 F 10 µF = 10.10-6 F 220 mF = 220.10-3 F

0,1µF = 100 nF. Algumas pessoas, por costumes antigos, costumam denominar nF de kpF.
Exemplo: Denominam um capacitor de 100nF como sendo de 100 KpF.

Símbolos utilizados para o capacitor   

capacitor símbolo - Ivair


Carga do capacitor

Assim que a chave for fechada, o positivo da bateria retira elétrons da placa A e o negativo da bateria manda elétrons para a placa B. Assim que a tensão entre as placas do capacitor se torna igual à tensão da bateria não haverá corrente no circuito devido a que tensão do capacitor se opõe à tensão da bateria.
Só terá corrente no circuito durante a carga do capacitor

O capacitor irá carregar instantaneamente. A corrente de carga será máxima no instante em que se liga a chave e será mínima (nula) quando a tensão no capacitor for igual à tensão da fonte

Ivair-direitos autorais
  A figura mostra o movimento dos elétrons no circuito.

  A carga elétrica armazenada será: Q = C.V
 Q = 100µF .12V = 1200µC   ou   Q = 1,2 mC

 A energia elétrica armazenada será:   w = CV2 / 2
   w = 100µ.122/ 2     =>    w = 100.10-6.144 / 2
  w = 0,0072 joule
  
capacitor5- Ivair
A função do resistor R é controlar o tempo de carga do capacitor. O tempo de carga depende diretamente do produto RC.

Após uma constante de tempo RC, o capacitor carrega com 63,2% da tensão da fonte.( 63,2% de V ).
R.C = 100.103. 100.10--6 =10000.10--3 = 10 segundos

Após 5.R.C, o capacitor está praticamente carregado com a tensão da fonte (99,3% de V ).
t = 5.R.C = 5. 100.103. 100.10--6 = 50000.10--3 segundos
t = 50 segundos

 

 

Descarga do capacitor

Ao se fazer um curto-circuito nos terminais de um capacitor carregado, o mesmo irá descarregar instantaneamente. Para controlar o tempo de descarga liga-se um resistor em paralelo com o mesmo.

capacitor descarga - Ivair
A função do resistor R é controlar o tempo de descarga do capacitor e este depende diretamente do produto RC.

Após uma constante de tempo RC, o capacitor perde 63,2% da sua carga.(ainda tem 36,8% da carga inicial)
R.C = 100.103. 100.10--6 =10000.10--3 = 10 segundos

Após 5.R.C, o capacitor estará praticamente descarregado.  (terá somente 0,7% da carga inicial).
t = 5.R.C = 5. 100.103. 100.10--6 = 50000.10--3 segundos
t = 50 segundos

   Nota:  Não passa corrente entre as placas do capacitor devido a que há um isolante entre as mesmas. 

O circuito abaixo mostra a carga e a descarga do capacitor e foi adotado o sentido convencional
para a corrente.
Carga e descarga do capacitor- Ivair- não copiar   Com a chave na posição 1, o capacitor carrega através do resistor R1 e
  com a chave na posição 2 descarrega através do resistor R2.

Se  R1 = R2,  o  tempo de carga é igual ao tempo de descarga.



Curvas de CARGA e de DESCARGA do capacitor

Curvas para o capacitor- Ivair
Para a carga e a descarga tem-se uma função exponencial. No início do processo, a tensão varia
rapidamente num pequeno intervalo de tempo e no final do processo, a tensão varia lentamente num grande intervalo de tempo.

Equações para a carga  

  t = R . C . ln ( V / ( V -- VC))

 VC = V. ( 1 -- e--(t / RC) )

 t => tempo transcorrido após ligar a chave
 VC => tensão no capacitor após um tempo t 
 V => tensão da fonte
 e => base do logaritmo neperiano (2,7182818...)
 RC => produto RC

Equações para a descarga 

 t = R . C . ln (V / VC))

 VC = V. ( e--(t / RC) )        


Tensão de ruptura:

Quando aplicamos a um capacitor uma tensão acima da tensão de ruptura, elétrons “saltam” de uma placa para outra. Neste caso, o capacitor poderá ser danificado. Quanto maior a distância entre as placas do capacitor maior será a tensão de ruptura. A tensão máxima que se pode aplicar a um capacitor (tensão nominal), sem que haja a ruptura, vem indicada em seu corpo (invólucro). A figura abaixo mostra um capacitor eletrolítico de 100uF com uma tensão nominal de 16 volts. 



Ligando-se capacitores em série, a tensão de ruptura aumenta e a capacitância total diminui devido a que,
no capacitor equivalente, a distância entre as placas (espessura do dielétrico) aumenta.
capacitor em série - ivair

CT = (100x100) / (100+100)
CT = 50 µF
CT é a capacitância total

Tensão de ruptura = 32 V

A carga elétrica em cada capacitor é igual à carga total
Q1 = Q2 = QT = CT . V
V1 = QT / C1
V2 = QT / C2
V1 e V2 => Tensões em C1 e C2
V = V1 + V2

 Para mais de dois capacitores em série, a capacitância total é calculada da seguinte forma:
 1 / CT = 1 / C1 + 1 / C2 +1 / C3 ... + 1 / Cn

Ligando-se capacitores em paralelo, a tensão de ruptura é a do capacitor de menor tensão e a capacitância
total aumenta. O aumento da capacitância se deve ao aumento da área das placas.
capacitor em paralelo - ivair

CT =100 µF + 100 µF
CT = 200 µF

Tensão de ruptura = 16 V

A carga elétrica total é soma das cargas armazenadas em C1 e C2.
Q1 = C1 . V
Q2 = C2 . V
QT = Q1 + Q2
V1 = V
V2 = V
V1 e V2 => Tensões em C1 e C2
V é a tensão total (fonte) aplicada ao conjunto

Deve-se observar a polaridade do capacitor eletrolítico quando for ligá-lo num circuito.


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