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Capacitores

Física

Os capacitores são dispositivos que consistem em um meio dielétrico envolvido por armaduras metálicas, são usados para armazenar cargas elétricas.
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Capacitores são dispositivos utilizados para o armazenamento de cargas elétricas. Existem capacitores de diversos formatos e capacitâncias. Não obstante, todos compartilham algo em comum: são formados por dois terminais separados por algum material dielétrico. Os capacitores são utilizados em diversas aplicações tecnológicas. É praticamente impossível encontrarmos algum circuito eletrônico que não contenha esse tipo de dispositivo.

Quando ligados a uma diferença de potencial, um campo elétrico forma-se entre suas placas, fazendo com que os capacitores acumulem cargas em seus terminais, uma vez que o dielétrico em seu interior dificulta a passagem das cargas elétricas através das placas.

Veja também: O que é rigidez dielétrica?

Função dos capacitores

A função mais básica do capacitor é a de armazenar cargas elétricas em seu interior. Durante as descargas, os capacitores podem fornecer grandes quantidades de carga elétrica para um circuito.

Os capacitores levam um pequeno tempo para serem carregados completamente, entretanto, sua descarga geralmente é rápida. Por isso, os capacitores são largamente usados em dispositivos eletrônicos que demandam grandes intensidades de corrente elétrica, como aparelhos de som de alta potência.

Além de sua função mais fundamental, os capacitores podem ser usados para implementar temporizadores, retificadores de corrente elétrica, filtros de linha, estabilizadores etc.

Veja também: Circuitos elétricos

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Tipos de capacitores

Os capacitores podem diferir em seu formato bem como em seu dielétrico. O meio que é inserido entre as placas de um capacitor interfere diretamente em sua capacidade de armazenar cargas elétricas. Meios que apresentam altas constantes eletrostáticas, ou seja, altamente resistivos, são os preferidos para a implementação dos capacitores.

Confira alguns tipos de capacitores:

  • Capacitores eletrolíticos: contêm finas camadas de alumínio, envolvidas em óxido de alumínio e embebidas em eletrólitos líquidos.

  • Capacitores de poliéster: são um tipo de capacitor bastante compacto, formado por folhas de poliéster e alumínio.

  • Capacitores de tântalo: têm uma vida útil mais longa, usam como dielétrico o óxido de Tântalo.

  • Capacitores de óleo: foram os primeiros tipos de capacitores e, assim como os capacitores de papel, deixaram de ser usados por serem pouco práticos ou confiáveis.

  • Capacitores variáveis: são os que possuem válvulas capazes de controlar a distância entre as placas ou a sua área de contato, largamente utilizados em aparelhos valvulados, como rádios e televisores antigos

  • Capacitores cerâmicos: feitos em formato de disco, são formados de placas condutoras que envolvem um meio como papel, vidro ou ar.

Existem diversos tipos de capacitores, com características e usos diferentes.
Existem diversos tipos de capacitores, com características e usos diferentes.

Capacitor de placas paralelas

O capacitor de placas paralelas é o tipo de capacitor que apresenta geometria mais simples. Esse tipo é formado por uma armadura, feito de material condutor e envolto em um meio dielétrico, de alta resistência elétrica (como o vácuo, papel, borracha, óleo etc.). A figura a seguir traz um esquema de um capacitor de placas paralelas:

O capacitor de placas paralelas é o mais simples dos capacitores.
O capacitor de placas paralelas é o mais simples dos capacitores.

Veja também: O que é LED?

Capacitância

A propriedade que mede a eficiência de um capacitor em armazenar cargas é a capacitância. A capacitância é uma grandeza física medida em unidades de Coulomb por Volt (C/U), mais conhecida como Farad (F), em homenagem ao físico inglês Michael Faraday (1791-1867). Dizemos que 1 Farad é equivalente a 1 Coulomb por Volt. A fórmula utilizada para calcular a capacitância é esta, confira:


C
— capacitância (F)
Q — carga elétrica (C)

U — tensão elétrica (V)

Do ponto de vista prático, a capacitância indica qual é a quantidade de cargas que um capacitor consegue “segurar” para uma determinada diferença de potencial.

A capacitância também depende de fatores geométricos, isto é, da distância entre as placas do capacitor e também da área dessas placas. Por isso, para o caso dos capacitores de placas paralelas, podemos determinar sua capacitância por meio da seguinte equação:

ε0 — permissividade dielétrica do vácuo (F/m)
A — área das placas (m²)

d — distância entre as placas (m)

Veja também: O que é força eletromotriz

Exercícios resolvidos

Questão 1) Calcule o módulo da capacitância de um capacitor de placas paralelas de 0,005 m², espaçadas em 0,5 mm (0,5.10-3 m). Adote ε0 = 8,85.10-12.

a) 44,25 nF

b) 88,5 pF

c) 885 pF

d) 0,88 mF

e) 2,44 F

Gabarito: Letra B

Resolução:

Para calcularmos o módulo da capacitância desse capacitor de placas paralelas, faremos uso dos dados fornecidos pelo exercício e utilizaremos a fórmula que relaciona a área à distância entre as placas:

O resultado que encontramos para a capacitância é de 88,5.10-12 F. Entretanto podemos usar o prefixo pico (p = 10-12) para representar essa quantidade.

Questão 2) Certo capacitor é capaz de armazenar até 2 μC de carga elétrica quando conectado a uma diferença de potencial de 1 mV. Determine a capacitância desse capacitor.

a) 2 mF

b) 1 mF

c) 0,5 nF

d) 100 pF

e) 0,1 F

Gabarito: Letra A

Resolução:

É possível calcular a capacitância por meio da razão entre a quantidade de carga elétrica armazenada e a diferença de potencial entre os seus terminais:

O resultado indica que a capacitância obtida é de 2 mF (2.10-3 F). Portanto, a alternativa correta é a letra A.

Questão 3) Determine o módulo da carga elétrica armazenada em um capacitor de 0,5 mF, quando conectado a uma diferença de potencial de 200 V.

a) 1,5 μC

b) 0,2 pC

c) 0,1 μC

d) 10 nC

e) 100 mC

Gabarito: Letra E

Resolução:

Vamos calcular a quantidade de carga elétrica armazenada nesse capacitor:

De acordo com o cálculo feito, a quantidade de carga armazenada nesse capacitor é de 100 mC (100.10-3 C).

Questão 4) Determine qual é a tensão que precisa ser estabelecida entre os terminais de um capacitor de 0,2 μF, para que 2 nC de cargas elétricas sejam armazenados entre suas armaduras.

a) 0,2 V

b) 2 μV

c) 200 μV

d) 1 mV

e) 10 mV

Gabarito: Letra E

Resolução:

Vamos calcular a tensão elétrica estabelecida entre os terminais do capacitor:

De acordo com o resultado, são necessários 10 mV para que esse capacitor seja capaz de acumular 2 nC de carga, portanto, a alternativa correta é a letra E.

 

Por Me. Rafael Helerbrock

Os capacitores são usados principalmente para o armazenamento de cargas elétricas.
Os capacitores são usados principalmente para o armazenamento de cargas elétricas.

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Capacitores"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/capacitores.htm. Acesso em 18 de novembro de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

(UFV-2005) Duplicando-se a diferença de potencial entre as placas de um capacitor, é CORRETO afirmar que:

a) a carga e a capacitância do capacitor também são duplicadas

b) a carga e a capacitância do capacitor permanecem constantes

c) a carga do capacitor é duplicada, mas sua capacitância permanece constante

d) a carga e a capacitância do capacitor são reduzidas à metade dos valores iniciais

e) a carga do capacitor é duplicada, e sua capacitância é dividida pela metade

Questão 2

Um capacitor consegue armazenar cargas de até 1 nC para uma diferença de potencial entre suas placas de 1 mV. Indique, entre as alternativas abaixo, o módulo da capacitância desse dispositivo:

a) 3.10-3 F

b) 1.10-6 F

c) 1.10-3 F

d) 5.10-6 F

e) 4.10-5 F

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