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Michael Faraday (1791 - 1867)

Um dispositivo muito usado em circuitos elétricos é denominado capacitor. Este aparelho é destinado a

armazenar cargas elétricas e é constituído por dois condutores separados por um isolante: os condutores

são chamados armaduras (ou placas) do capacitor e o isolante é o dielétrico do capacitor. Costuma-se

dar nome a esses aparelhos de acordo com a forma de suas armaduras. Assim temos o capacitor plano,

capacitor cilíndrico, capacitor esférico, etc. O dielétrico pode ser um isolante qualquer como o vidro, a

parafina, o papel e muitas vezes o próprio ar.

A quantidade de carga armazenada na placa de um capacitor é diretamente proporcional à diferença de

potencial entre as placas. O quociente entre carga (Q) e diferença de potencial (U) é então uma constante

para um determinado capacitor e recebe o nome de capacitância (C).

Quando o capacitor possui um isolante elétrico entre suas placas, sua capacitância aumenta. Este

isolante dificulta a passagem das cargas de uma placa a outra, o que descarregaria o capacitor. Dessa

forma, para uma mesma diferença de potencial, o capacitor pode armazenar uma quantidade maior de

carga.

Os capacitores são amplamente utilizados em rádios, gravadores, televisores, circuitos elétricos de

veículos, etc.

Fonte: geocities.yahoo.com.br

CAPACITADORES

Um Capacitor ou Condensador é um componente que armazena energia num campo elétrico,

acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica.

Física do capacitor

Visão geralOs formatos típicos consistem em dois eletrodos ou placas que armazenam cargas opostas. Estas duas

placas são condutoras e são separadas por um isolante ou por um dielétrico. A carga é armazenada na

superfície das placas, no limite com o dielétrico. Devido ao fato de cada placa armazenar cargas iguais,

porém opostas, a carga total no dispositivo é sempre zero.

CapacitânciaA propriedade que estes dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo

eletrostático é chamada de capacitância (C) e é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q)

armazenada pela diferença de potencial ou voltagem (V) que existe entre as placas:

Pelo Sistema Internacional (SI), um capacitor tem a capacitância de um Farad (F) quando um Coulomb de

carga causa uma diferença de potencial de um Volt (V) entre as placas. O Farad é uma unidade de

medida considerada muito grande para circuitos práticos, por isso, são utilizados valores de capacitâncias

expressos em microfarads (µF), nanofarads (nF) ou picofarads (pF).

A equação acima é exata somente para valores de Q muito maiores que a carga do elétron (e = 1.602·10-

19C). Por exemplo, se uma capacitância de 1 pF fosse carregada a uma tensão de 1 µV, a equação

perderia uma carga Q = 10-19C, mas isto seria impossível já que seria menor do que a carga em um

único elétron. Entretanto, as experiências e as teorias recentes sugerem a existência de cargas

fracionárias.

A capacitância de uma capacitor de placas paralelas constituído de dois eletrodos planos idênticos de

área A separados à distância constante d é aproximadamente igual a:

ondeC é a capacitância em farads

e0 é a permissividade eletrostática do vácuo ou espaço livre

er é a constante dielétrica ou permissividade relativa do isolante utilizado.

EnergiaA energia (no SI, medida em Joules) armazenada em um capacitor é igual ao trabalho feito para carregá-

lo. Considere um capacitor com capacitância C, com uma carga +q em uma placa e -q na outra. Movendo

um pequeno elemento de carga dq de uma placa para a outra contra a diferença de potencial V = q/C

necessita de um trabalho dW:

Nós podemos descobrir a energia armazenada em um capacitor integrando essa equação. Começando

com um capacitor descarregado (q=0) e movendo carga de uma placa para a outra até que as placas

tenham carga +Q e -Q, necessita de um trabalho W:

Circuitos elétricos

Os elétrons não podem passar diretamente através do dielétrico de uma placa do capacitor para a outra.

Quando uma voltagem é aplicada a um capacitor através de um circuito externo, a corrente flui para uma

das placas, carregando-a, enquanto flui da outra placa, carregando-a, inversamente. Em outras palavras,

quando a voltagem ou tensão que flui por um capacitor muda, o capacitor será carregado ou

descarregado.

A fórmula corrente é dada por:

Onde I é a corrente fluindo na direção convencional, e dV/dt é a derivada da voltagem ou tensão, em

relação ao tempo.

No caso de uma tensão contínua (DC ou também designada CC) logo um equilíbrio é encontrado, onde a

carga das placas correspondem à tensão aplicada pela relação Q=CV, e nenhuma corrente mais poderá

fluir pelo circuito. Logo a corrente contínua (DC) não pode passar. Entretanto, correntes alternadas (AC)

podem: cada mudança de tensão ocasiona carga ou descarga do capacitor, permitindo desta forma que a

corrente flua. A quantidade de "resistência" de um capacitor, sob regime AC, é conhecida como reatância

capacitiva, e a mesma varia conforme varia a frequência do sinal AC. A reatância capacitiva é dada por:

Onde:XC = reatância capacitiva, medida em ohms

f = freqüência do sinal AC, em Hertz - Hz

C = capacitância medida em Farads F

É denominada capacitância pois o capacitor reage a mudanças na tensão, ou diferença de potencial.

Desta forma a reatância é proporcionalmente inversa à freqüência do sinal. Como sinais DC (ou CC)

possuem freqüência igual a zero, a fórmula confirma que capacitores bloqueiam completamente a

corrente aplicada diretamente, após um determinado tempo, em que o capacitor está carregando. Para

correntes alternadas (AC) com freqüências muito altas a reatância, por ser muito pequena, pode ser

desprezada em análises aproximadas do circuito.

A impedância de um capacitor é dada por:

cujo j é o número imaginário.

Portanto, a reatância capacitiva é o componente imaginário negativo da impedância.

Em um circuito sintonizado tal como um receptor de rádio, a freqüência selecionada é uma função da

indutância (L) e da capacitância (C) em série, como dado em

Essa é a freqüência na qual a ressonância ocorre, em um circuito RLC em série.

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Associação de capacitoresNum circuito de condensadores montados em paralelo [blue] todos estão sujeitos à mesma diferença de

potencial (voltagem). Para calcular a sua capacidade total (Ceq):

A corrente que flui através de capacitores em série é a mesma, porém cada capacitor terá uma queda de

voltagem (diferença de potencial entre seus terminais) diferente. A soma das diferenças de potencial

(voltagens) é igual a diferença de potencial total. Para conseguir a capacitância total:

Na associação mista de capacitores, tem-se capacitores associados em série e em paralelo. Nesse caso,

o capacitor equivalente deve ser obtido, resolvendo-se o circuito em partes, conforme a sua configuração.

Por isso, calcule, antes associação de capacitores em série para após efetuar o cálculo dos capacitores

em paralelo.

Capacitores ComunsPequenos capacitores de vários tipos estão disponíveis comercialmente com capacitâncias variando da

faixa de pF até mais do que um Farad, e voltagem acima de milhares de volts. Em geral, quanto maior a

capacitância e a voltagem, maior o tamanho físico do capacitor (e geralmente, um preço maior também).

A tolerância para capacitores discretos é geralmente especificada como 5% ou 10%.

Capacitores são freqüentemente classificados de acordo com o material usados como dielétrico.

Os seguintes tipos de dielétricos são usados:

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cerâmica (valores baixos até cerca de 1µF)

C0G or NP0 - tipicamente de 4.7pF a .047uF, 5%. Alta tolerância e performance de temperatura. Maiores

e mais caros

X7R - tipicamente de 3300pF a .33uF, 10%. Bom para acoplamento não-crítico, aplicações com timer.

Z5U - tipicamente de .01uF a 2.2uF, 20%. Bom para aplicações em bypass ou acoplamentos. Baixo preço

e tamanho pequeno.

poliestireno (geralmente na escala de picofarads)

poliéster (de aproximadamente 1nF até 1µF)

polipropilêno (baixa perda. alta voltagem, resistente a avarias)

tântalo (compacto, dispositivo de baixa voltagem, de até 100µF aproximadamente)

eletrolítico (de alta potência, compacto mas com muita perda, na escala de 1µF-1000µF) 

ar

Propriedades importantes dos capacitores, além de sua capacitância, são a máxima voltagem de trabalho

e a quantidade de energia perdida no dielétrico. Para capacitores de alta potência a corrente máxima e a

Resistência em Série Equivalente (ESR) são considerações posteriores. Um ESR típico para a maioria

dos capacitores está entre 0.0001 e 0.01 ohm, valores baixos preferidos para aplicações de correntes

altas.

Já que capacitores têm ESRs tão baixos, eles têm a capacidade de entregar correntes enormes em

circuitos curtos, o que pode ser perigoso. Por segurança, todos os capacitores grandes deveriam ser

descarregados antes do manuseio. Isso é feito colocando-se um resistor pequeno de 1 a 10 ohm nos

terminais, isso é, criando um circuito entre os terminais, passando pelo resistor.

Capacitores também podem ser fabricados em aparelhos de circuitos integrados de semicondutores,

usando linhas metálicas e isolantes num substrato. Tais capacitores são usados para armazenar sinais

analógicos em filtros chaveados por capacitores, e para armazenar dados digitais em memória dinâmica

de acesso aleatória (DRAM). Diferentemente de capacitores discretos, porém, na maior parte do processo

de fabricação, tolerâncias precisas não são possíveis (15-20% é considerado bom).

Identificação do valor no capacitor cerâmico

Os capacitores cerâmicos, apresentam impressos no próprio corpo, um conjunto de três algarismos e

uma letra. Para se obter o valor do capacitor, os dois primeiros algarismos, representam os dois primeiros

digitos do valor do capacitor e o terceiro algarismo (algarismo multiplicador), representa o número de

zeros à direita, a letra representa a tolerância (podendo ser omitida)do capacitor (faixa de valores em que

a capacitância variará)para os capacitores cerâmicos até 10pF é expressa em pF os acima de 10pF é

expressa em porcentagem. O valor é expresso em pF. Por exemplo um capacitor com 224F impresso no

próprio corpo, possuirá uma capacitância de 220000pF com uma tolerância de +/- 1% (seu valor pode ser

um porcento a mais ou a menos desse valor.)

Identificação do valor no capacitor de poliéster

Para a identificação dos valores do capacitor de poliéster é usado um conjunto de 5 faixas coloridas

(conforme tabela), embora seja um método em desuso pelos fabricantes, no qual cada faixa representará

respectivamente:primeiro algarismo,segundo algarismo, algarismo multiplicador, tolerância e tensão.O

valor é obtido em pF.

Capacitores variáveisHá dois tipos distintos de capacitores variáveis, cujas capacitâncias podem ser mudadas intencionalmente

e repetidamente ao longo da vida do dispositivo:

Aqueles que usam uma construção mecânica para mudar a distância entre as placas, ou a superfície da

área das placas superpostas. Esses dispositivos são chamados capacitores de sintonia, ou simplesmente

"capacitores variáveis", e são usados em equipamentos de telecomunicação para sintonia e controle de

freqüências.Neste tipo de capacitor o elemento dielétrico é o próprio ar.

Aqueles que usam o fato de que a espessura da camada de depleção de um diodo varia com a voltagem

da corrente contínua atravessando o diodo. Esses diodos são chamados de diodos de capacitância

variável, varactores ou varicaps.

Qualquer diodo exibe esse efeito, mas dispositivos vendidos especificamente como varactores têm uma

área de junção grande and a doping profile specifically designed to maximize capacitance.

Em um capacitor microfone (comumente conhecido como um microfone condensador), o diafragma age

como uma placa do capacitor, e as vibrações produzem alterações na distância entre o diafragma e uma

placa fixa, alterando a voltagem entre as placas.

Capacitores de Camada Dupla Elétrica (EDLCs)Esses dispositivos, freqüentemente chamados de supercapacitores ou ultracapacitores para simplificar,

são capacitores que usam uma camada de eletrolítico de espessura molecular, ao invés de uma folha

manufataurada de material, como o dielétrico. Como a energia armazenada é inversamente proporcional

à espessura do dielérico, esses capacitores têm uma densidade de energia extremamente alta. Os

eletrodos são feitos de carbono ativado, que tem uma área de superfície alta por unidade de volume,

aumentando a densidade de energia do capacitor. EDLCs individuais têm capacitâncias de centenas ou

até milhares de farads.

Os EDLCs podem ser usados como substitutos para baterias em aplicações em que uma grande corrente

de descarga seja nencessária. Eles também podem ser recarregados centenas de milhares de vezes,

diferentemente das baterias convencionais que duram apenas algumas poucas centenas ou milhares de

ciclos de recarga.

AplicaçõesCapacitores são comumente usados em fontes de energia onde elas suavizam a saída de uma onda

retificadora completa ou metade.

Por causa de os capacitores passarem sinais de Corrente Alternada mas bloquearem Corrente Contínua,

eles são freqüentemente usados para separar componentes de AC e DC de um sinal. Este método é

conhecido como acoplamento AC.

Capacitores também são usados na correção de fator de potência. Tais capacitores freqüentemente vêm

como três capacitores conectados como um carga de três fases. Geralmente, os valores desses

capacitores são dados não em farads, mas em potência reativa em volts-amps reativos (var).

HistóriaA Jarra de Leyden, primeira forma de capacitor, fora inventada na Universidade de Leiden, na Holanda.

Era uma jarra de vidro coberta com metal. A cobertura interna era conectada a uma vareta que saia da

jarra e terminava numa bola de metal

Corrente de DeslocamentoO físico James Clerk Maxwell inventou o conceito de corrente de deslocamento, dD/dt, para fazer a Lei de

Ampère consistente com a conservação de carga em casos em que a carga se acumula, por exemplo

num capacitor. Ele interpretou isso como um movimento real de cargas, mesmo no vácuo, onde ele supôs

que corresponderia ao movimento de cargas de um dipolo no éter. Embora essa interpretação tenha sido

abandonada, a correção de Maxwell à lei de Ampere permanece válida (um campo elétrico variável,

produz um campo magnético).

A corrente de deslocamento deve ser incluída, por exemplo, para aplicação das Leis de Kirchhoff a um

capacitor.

Fonte: pt.wikipedia.org

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Capacitores: Capacitores armazenam energia elétrica

COMENTEPaulo Augusto Bisquolo, Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação26/02/200711h29

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Os capacitores são dispositivos com capacidade de armazenar energia

elétrica. Você já deve ter notado que na parte de trás dos aparelhos de

televisão aparece o símbolo de alta tensão. É prudente levá-lo a sério, porque

você poderá levar uma descarga elétrica violenta ao mexer no aparelho de

forma imprudente, mesmo que ele esteja desligado da tomada. Isso ocorre

justamente por causa dos capacitores: mesmo com o aparelho desligado,

existe ainda uma grande quantidade de energia elétrica no televisor.

Na natureza tem-se a energia nas mais diferentes formas e ela pode ser

transformada, como vimos no artigo sobre trabalho e energia. Além da energia

mecânica, temos a energia elétrica. que também pode ser armazenada na

forma deenergia potencial. O televisor é um exemplo prático do emprego de

capacitores, e não é o único que contém esses dispositivos. Os capaciotres

estão presentes em flashes das máquinas fotográficas, ventiladores e muitos

outros aparelhos eletro-eletrônicos do nosso dia-a-dia.

Capacidade eletrostática ou capacitância

Como foi dito, a energia elétrica pode ser armazenada e isso se faz através do

armazenamento de cargas elétricas. Essas cargas podem ser armazenadas

em objetos condutores. A capacidade desses objetos de armazenar cargas

elétricas é o que define a sua capacidade eletrostática.

Considere um objeto condutor carregado com certa quantidade de carga Q.

Isso faz com que o mesmo possua um potencial V. O que é observado

experimentalmente é que, se nós dividirmos a quantidade de carga no condutor

pelo potencial adquirido, teremos sempre o mesmo resultado. Ou seja, se

dobrarmos a quantidade de carga para 2Q, o potencial irá para 2V, pois assim

continuaremos obtendo o mesmo resultado. Podemos concluir, então, que a

carga armazenada e o respectivo potencial no condutor são proporcionais.

O resultado da divisão da quantidade de carga pelo potencial adquirido pelo

condutor é definido como capacidade eletrostática. Sua unidade no Sistema

Internacional é o Coulomb por volt que também conhecida como farad (F).

C=QV

A capacidade eletrostática depende de dois fatores: o formato do condutor e o

meio onde ele está imerso. Para exemplificar, vamos considerar um condutor

de forma esférica. Para esse condutor em particular, temos a sua capacidade

eletrostática dada pela seguinte equação matemática.

C=Rk

R é o raio do condutor e k é a constante eletrostática do meio. Observe que

quanto maior for o raio do condutor, maior será a sua capacidade eletrostática.

De maneira simples, quando alteramos a forma de um condutor em particular,

alteramos uma grandeza que traduz a capacidade desse condutor em

armazenar cargas elétricas.

História dos capacitores

O primeiro capacitor foi construído em 1746 pelo físico holandês Pieter van

Musschenbroek, na Universidade de Leyden, na Holanda. Esse capacitor era

constituído por uma garrafa de vidro, preenchida por água ou outro líquido.

Uma rolha era usada como tampa e por essa tampa passava um condutor que

entrava em contato com a água. Essa garrafa é conhecida até hoje como a

Garrafa de Leyden.

Para se construir um capacitor, são necessárias duas placas de material

condutor e, entre elas, um material isolante. No caso da garrafa de Leyden,

uma placa é o condutor em contato com o líquido e a outra placa é mão da

pessoa que a segura externamente.

Um dos capacitores mais simples de ser estudado é o capacitor plano. Ele é

feito de duas placas planas e paralelas com dois terminais. Entre as placas,

como já foi dito, é colocado um material isolante, conhecido como dielétrico.

Uma maneira de se carregar esse capacitor é ligando os seus terminais aos

terminais de uma pilha, como ilustra a figura abaixo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Observe que as placas, em branco, adquirem cargas com o mesmo sinal do

terminal a que estão ligadas na bateria. Nesse capacitor a carga armazenada é

igual a Q e ele está submetido a uma diferença de potencial U. A capacidade

eletrostática do capacitor é dada por uma relação muito semelhante à da figura

1, só que ao invés do potencial V, teremos a diferença de potencial U.

C=QU

Vale assinalar que o fato das placas serem paralelas e planas faz com que o

campo elétrico formado entre essas placas seja um campo elétrico uniforme.

Esse campo é caracterizado por ter a mesma intensidade em toda a sua

extensão e pelo fato de as suas linhas de força serem paralelas e igualmente

espaçadas.

Energia no capacitor

Sabemos que um capacitor é capaz de armazenar cargas elétricas e,

consequentemente, energia potencial elétrica. Uma maneira de se determinar

essa energia potencial é utilizar um método gráfico. Pela equação que se

encontra na figura 4, monta-se um gráfico da diferença de potencial U pela

carga acumulada no capacitor Q. Concluída a construção do gráfico,

determina-se a área entre a reta do gráfico e o eixo da diferença de potencial.

 

 

 

 

 

 

 

 

Observe que o gráfico resultou numa reta, pois a relação entre U e Q é dada

por uma equação do primeiro grau.

Uma aplicação muito simples do capacitor se encontra no flash de máquinas

fotográficas. Observe que, ao se ligar o flash, uma luz vermelha leva um certo

tempo até acender. Durante o acendimento dessa luz, o capacitor está sendo

carregado. Quando a luz está acesa, o flash está pronto para ser disparado.

Um fato interessante é que, mesmo depois de desligado, se você apertar o

botão disparador do flash, ele irá funcionar. Isso se explica de maneira bem

simples. Apesar do desligamento do aparelho, o capacitor continua carregado.

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O capacitor é um dispositivo elétrico capaz de armazenar cargas elétricas.

Na figura acima, cada armadura encontra-se ligada a um polo. A armadura ligada ao polopositivo eletriza-se positivamente, e a armadura ligada ao polo negativo eletriza-se negativamente. Entre as armaduras do capacitor existe um meio isolante chamado ar e que pode ser trocado por algum outro material.

Na figura acima estão representados o capacitor e a diferença de potencial da qual ele está sujeito.

O capacitor é um dispositivo elétrico que têm a capacidade de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático, fato este denominado como capacitância de um capacitor.

A capacitância de um capacitor pode ser calculada através da expressão citada a seguir: C = Q/U C = capacitância (F) Q = quantidade de carga (C)

A capacitância de um capacitor depende unicamente da sua forma geométrica e do meio existente entre as armaduras.

À medida que o capacitor vai sendo carregado por cargas, ele vai acumulando energia potencial elétrica.

A expressão matemática utilizada para calcular a quantidade de energia armazenada pelo capacitor é dada por: W = Q.U/2 como Q = C.U a primeira expressão pode ser reescrita assim: W = C.U²/2

W = energia potencial elétrica (J) Q = quantidade de carga elétrica (C) U = diferença de potencial (V) C = capacitância (F)

Existem diversos tipos de capacitores; um deles é o capacitor plano, que é constituído por duas armaduras iguais, planas, paralelas e entre elas existe um isolante ou um dielétrico.

A capacitância de um capacitor plano é calculada pela seguinte expressão: C = ε.(A/d).

C = capacitância (J) ε = permissividade do meio isolante (F/m) A = área de cada armadura (m²) d = distância entre as placas (m)

Quando um capacitor plano encontra-se ligado a um gerador, ele torna-se eletrizado e entre suas armaduras estabelece um campo elétrico uniforme, como pode ser visto na figura.

A expressão matemática utilizada para calcular a intensidade deste campo é dada por: E = U/d

E = campo elétrico (N/C) U = diferença de potencial (V) d = distância (m)

Por Frederico Borges de AlmeidaGraduado em FísicaEquipe Mundo Educação