Capacitores
Capacitores são dispositivos eletrônicos usados para o armazenamento de cargas elétricas, sendo os capacitores de placas paralelas o tipo mais simples. Nesse tipo capacitor, utilizam-se materiais dielétricos, ligados a diferentes potenciais elétricos, capazes de aumentar a quantidade de cargas armazenadas entre as armaduras do capacitor.
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O que são capacitores?
Capacitores, também conhecidos como acumuladores, têm como principal função o acúmulo de cargas elétricas. Eles podem ser encontrados em quase todos os circuitos elétricos e são dispositivos bastante simples, que consistem de um meio dielétrico que separa duas placas condutoras conectadas a potenciais elétricos distintos.
Capacitância
A capacitância é uma grandeza física escalar que mede a quantidade de cargas que pode ser armazenada em um capacitor para uma determinada diferença de potencial elétrico. Quanto mais cargas um capacitor puder armazenar, maior será a sua capacitância.
A unidade de medida de capacitância é o farad (F), ou, coulomb por volt (C/V), nas unidades do Sistema Internacional de Unidades (SI).
C – capacitância (F)
Q – carga elétrica (C)
U – potencial elétrico (V)
A capacitância também é determinada pelo formato do capacitor, uma vez que fatores como a área das placas do capacitor e a distância entre elas determinam a intensidade dessa grandeza. Observe como é a fórmula usada para calcular a capacitância de um capacitor de placas paralelas no vácuo:
ε0 – permissividade elétrica do vácuo (8,85.10-12 F/m)
A – área das placas paralelas
d – distância entre as placas
No caso mostrado, não há qualquer meio inserido entre as placas do capacitor. Caso algum material dielétrico seja inserido entre essas placas, a capacitância desse dispositivo mudará, já que cada meio apresenta uma característica dielétrica própria, conhecida como rigidez dielétrica.
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Rigidez dielétrica
A rigidez dielétrica é uma propriedade dos materiais que mede o limite de tensão a que determinado meio dielétrico precisa ser submetido para que se torne um meio condutor. Na tabela a seguir, mostramos os valores de rigidez dielétrica para alguns meios materiais conhecidos.
|
Material |
Rigidez dielétrica (V/m) |
|
Ar |
3.106 |
|
Papel |
16.106 |
|
Teflon |
60.106 |
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Borracha |
12.106 |
|
Porcelana |
12.106 |
|
Madeira |
~10.106 |
|
Óleo (transformador) |
20 – 30.106 |
Campo elétrico
É possível calcular o campo elétrico entre as placas do capacitor, para tanto, basta que conheçamos a distância entre as placas e a diferença de potencial entre elas. Observe:
E – campo elétrico (V/m ou N/C)
Polarização de cargas
Quando um grande campo elétrico é estabelecido através dos materiais dielétricos, eles polarizam-se, isto é, passam a apresentar uma pequena separação de cargas em suas moléculas. 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.
O funcionamento dá-se, basicamente, da seguinte forma: quanto maior for a rigidez dielétrica entre as placas, maior é a quantidade de cargas elétricas que podem ser polarizadas, com isso, mais cargas podem ser armazenadas entre as armaduras do capacitor.