Conceitos Básicos Sobre

Capacitores e Indutores

Edson

Matheus

Thiego

Trabalho recebido em 30 de junho de 1995

Djalma M. Redondo e V. L. Líbero

Departamento de Física e Informática

Instituto de Física de São Carlos,

Universidade de São Paulo, 13560 São Carlos, SP, Brasil

Resumo

Circuitos contendo capacitores ou indutores são abordados

sem o uso de equações diferenciais ou outros formalismos

avançados. Através de análise dimensional e da comparação

entre escalas de tempo envolvidas nos processos de carga,

algumas características básicas desses componentes são

discutidas.

Introdução A importância desses dispositivos na eletrônica em geral é

consagrada;

Demonstrar aspectos importantes desses dispositivos sem

fazer uma teoria completa;

Algumas propriedades desses dispositivos podem ser

obtidas somente pelo uso de análise dimensional;

Capacitores

Capacitor é um componente eletrônico constituído de duas

peças condutoras, denominadas armaduras. Entre elas pode

existir um material isolante, que pode ser, por exemplo,

papel, óleo ou o próprio ar.

A função básica dos capacitores é armazenar cargas

elétricas, e consequentemente, energia potencial

eletrostática (ou elétrica).

Q = C V

Capacitância

Uma característica notável dos

capacitores é a linearidade

entre a carga Q e a ddp V entre

as placas.

Essa relação define a grandeza C, que é

função apenas das dimensões

geométricas das placas, separação das

mesmas e do material colocado entre elas.

carga elétrica armazenada

A ddp da bateria é

igual a ddp da

placa quando não

tem resistor.

Quanto mais ddp, mais carga, mais

capacitância. São proporcionais.

A unidade de capacitância é o Coulomb/volt que recebeu o

nome de Farad, em homenagem a Michael Faraday.

Circuito RC Série - Corrente

Continua

É um circuito em que um resistor R, um capacitor C, e uma

bateria de tensão Vo estão ligados em série. Nesse caso,

uma corrente é considerada contínua quando não altera seu

sentido, ou seja, é sempre positiva ou sempre negativa.

Vamos analisar a seguinte figura:

O capacitor, quando totalmente descarregado, ao ser ligado

a uma fonte DC, em t=0 segundos, torna-se

instantaneamente um curto-circuito. Com o passar do tempo,

devido ao acúmulo de cargas em suas placas, sua reatância

capacitiva vai aumentando exponencialmente até que,

depois de um certo período, ela se torna um circuito aberto.

Este período é chamado de tempo de carga do capacitor

onde t é a constante de tempo do circuito, expressa

por t=R.C.

Circuito RC Série - Corrente

Alternada

Dependendo da forma como é gerada a corrente, esta é invertida

periodicamente, ou seja, ora é positiva e ora é negativa, fazendo

com que os elétrons executem um movimento de vai-e-vem. Este

tipo de corrente é o que encontramos quando medimos a corrente

encontrada na rede elétrica residencial, ou seja, a corrente

medida nas tomada de nossa casa.

Vamos agora analisar o nosso circuito RC série da Fig.(1).

mas agora ligado a um gerador de corrente alternada.

Para frequências muito baixas, ou seja, de perodos muito

maiores que o tempo de carga RC, o capacitor tem

tempo para reagir a tensão aplicada.

A reatância capacitiva é expressa por Xc = (2.p.f.C)-1

Observando essa expressão percebemos que Xc é inversamente

proporcional à freqüência, ou seja, quanto maior f, menor será o Xc.

Indutores

Um indutor é essencialmente um fio condutor enrolado em

forma helicoidal.

A função básica dos indutores é armazenar energia na forma

de campo magnético, normalmente combinando o efeito de

vários loops da corrente elétrica.

Quando uma corrente elétrica atravessa um indutor, induz

uma voltagem em seus terminais. O valor dessa voltagem,

no sentido da queda de potencial, é dado por:

Indutância

Indutância é a

capacidade de

armazenar energia

magnética

Polaridade magnética do indutor

Circuito RL série - corrente

continua

Consiste de um resistor e de um indutor, podendo estar ligados

tanto em série quanto em paralelo, sendo alimentados por uma

fonte de tensão.

O indutor, quando totalmente desenergizado, ao ser ligado a

uma fonte DC, em t=0s, torna-se instantaneamente um

circuito aberto, devido às correntes auto induzidas em suas

espiras . Com o passar do tempo, sua reatância indutiva vai

diminuindo exponencialmente até que, depois de um certo

período, ela se torna um curto-circuito. Este período é

chamado de tempo de energização do indutor e pode ser

dado por: T = L/R.

Circuito LC paralelo - corrente

alternada

Um circuito LC consiste de um indutor e um capacitor. A

corrente elétrica irá alternar entre ele a uma frequência

angular de

Uso dos conceitos no ensino de

física Os conceitos sobre capacitores e indutores não são

abordados no ensino médio, apenas em cursos técnicos, o

artigo apresenta a possibilidade do uso desses conteúdos,

devido ao uso matemático não muito avançado.

A partir do estudo desses componentes é possível que os

alunos tenham um entendimento melhor dos aparelhos

eletrônicos usados no seu cotidiano, pois estes aparelhos

são compostos por vários componentes eletrônicos .