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.

Mesmo em diferentes formatos, os capacitores sempre têm placas e um “recheio” dielétrico.
Mesmo em diferentes formatos, os capacitores sempre têm placas e um “recheio” dielétrico.

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

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.

Quando sujeitos a um intenso campo elétrico, os meios dielétricos ficam polarizados.
Quando sujeitos a um intenso campo elétrico, os meios dielétricos ficam polarizados.

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.  

Publicado por: Rafael Helerbrock
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Lista de Exercícios

Questão 1

(Uepa) A desfibrilação é a aplicação de uma corrente elétrica em um paciente por meio de um equipamento (desfibrilador) cuja função é reverter um quadro de arritmia ou de parada cardíaca. Uma maneira de converter uma arritmia cardíaca em um ritmo normal é a cardioversão, que se dá mediante a aplicação de descargas elétricas na região próxima ao coração do paciente, graduadas de acordo com a necessidade, conforme o quadro abaixo.

Os desfibriladores usuais armazenam até 360 J de energia potencial elétrica, alimentados por uma diferença de potencial de 4000 V. Considerando uma situação na qual haja necessidade de usar um desfibrilador em uma criança de 40 kg, o valor da capacitância do capacitor do desfibrilador na segunda desfibrilação, em μF, será igual a:

a) 50

b) 40

c) 30

d) 20

e) 10

Questão 2

(Uepa) Um componente elétrico utilizado tanto na produção como na detecção de ondas de rádio, o capacitor, pode também ser útil na determinação de uma grandeza muito importante do eletromagnetismo: a permissividade elétrica de um meio. Para isso, um estudante, dispondo de um capacitor de placas paralelas, construído com muita precisão, preenche a região entre as placas com uma folha de mica de 1,0 mm de espessura e registra, com um medidor de capacitância, um valor de 0,6 nF. Sabendo-se que as placas são circulares, com diâmetro igual a 20 cm, afirma-se que a permissividade elétrica da mica, em unidades do S.I., é igual a:

Dados: Adote π = 3; 1 nF = 10–9 F

a) 2 x 10–12

b) 4 x 10–12

c) 10 x 10–10

d) 20 x 10–12

e) 25 x 10–11

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