COMPONENTES REATIVOS.
Campo elétrico
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Vamos supor que se introduz uma diferença de potencial V entre duas
chapas condutoras.
Em todo ponto, situado no espaço entre essas duas chapas, passa uma
linha invisível chamada de linha de campo elétrico.
O valor do campo elétrico pode ser determinado por meio da expressão,
para a distância entre as placas muito menor do que suas dimensões:
ε≈
V
d
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onde V é a diferença de potencial e d é a distância entre as chapas.
Sua unidade física é volt por metro.
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A chapa ligada ao potencial negativo é o catodo e a outra é o anodo.
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Capacitor
• Quando se tem um dispositivo na forma de duas chapas colocadas a uma
pequena distância entre si, tem-se um capacitor.
Construção do capacitor
O parâmetro A representa a área de
cada placa e d é a distância entre
essas placas.
Material não condutor ou dielétrico
εr
Representação elétrica
- constante dielétrica relativa.
Unidade Farad
(F)
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Cálculo da capacitância
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Nesta expressão, εr é um número adimensional, d deve ser dado em
metro e A em metro quadrado.
A constante dielétrica εr também é chamada de k.
O valor constante ε0 é a permissividade no vácuo e é medido em F/m
A tabela mostra os valores de εr para alguns dielétricos.
Capacitor construído com n placas sobrepostas
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A figura mostra um capacitor construído com 7 placas sobrepostas.
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No caso geral se tem n placas, onde n-1 = número de capacitores formados.
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Neste caso o valor da capacitância fica:
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A utilização de n placas aumenta de (n-1) vezes o valor da capacitância
sem aumentar a área individual das placas.
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A capacitância é a relação entre a carga elétrica que um capacitor
pode armazenar e a diferença de potencial entre as suas duas placas
paralelas, conforme a equação:
C=
Q
V
C=capacitância (F=Farad), Q=quantidade de carga (C=Coulomb)
e V= tensão (Volts)
Exercícios:
1) Determine a capacitância de um capacitor construído com duas placas
retangulares de cobre com 5 cm de largura e 10 cm de comprimento,
separadas por um dielétrico com espessura de 0,2 mm e constante dielétrica
de 5,0.
Resp: C = 1,11nF
2) Determine a distância d entre as placas de um capacitor planar de 24,7pF,
se a área de cada placa for de 3,5cm2 e a constante dielétrica do material
inserido entre as placas for 8,0.
Resp: d = 1,0 mm
3) Calcule a carga armazenada por um capacitor de 10 µF, se for aplicada
uma tensão de 12V em seus terminais.
Resp: Q = 1,2 10−4 C
Campo magnético
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Um ímã, com seus pólos norte e sul, também pode produzir movimentos
em partículas, devido ao seu magnetismo.
Na região, onde se encontra o ímã, tem-se a presença de linhas de
campo magnético. O conjunto dessas linhas se chama fluxo magnético.
As linhas de fluxo magnético são sempre fechadas.
Linhas de campo magnético produzidas pela corrente elétrica.
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Quando um condutor é percorrido por uma corrente elétrica aparece ao
seu redor um campo magnético associado.
Seu símbolo é a letra H.
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Supondo um ponto no espaço e supondo que o comprimento do fio
condutor é muito maior do que a distância r, entre ele e o ponto em
questão, o campo magnético resulta, aproximadamente:
No SI, o campo magnético é medido em tesla [T]
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e I é a corrente que percorre o fio condutor.
Quando a corrente elétrica é dada em ampère e a distância até o ponto é
dada em metro, a unidade do campo magnético é ampère por metro.
Indutor
• Quando o fio condutor tem a forma de um
conjunto de espiras, como mostrado na figura,
temos um indutor ou bobina.
• As linhas de fluxo possuem configuração
semelhante àquelas de um ímã.
• A presença de um núcleo de ferro, torna os
campos magnéticos muito mais intensos.
• Neste caso temos um eletro imã.
• nota-se que o percurso das linhas de fluxo
acontece uma parte no núcleo e outra parte no ar.
Indutor com núcleo fechado
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A intensidade do campo magnético fica ainda bem maior quando se
consegue fazer com que o percurso total, das linhas de fluxo, seja dentro
do material ferroso. Isto se consegue, usando um núcleo fechado tendo,
por exemplo, o formato mostrado na figura.
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A intensidade do campo magnético, além de depender da intensidade da
corrente elétrica, depende, também, de uma grandeza física chamada de
permeabilidade relativa do núcleo - µr.
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Para núcleo de ar µr =
1.
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Quando se usa núcleo fechado temos a permeabilidade específica do
material ferroso µ r m
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Em eletro-técnica o material mais empregado é uma liga ferro-silício,
onde se tem 4 % de silício e 96 % ferro. Neste caso, µ r m = 900.
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A unidade mks, para a indutância, é o Henry.
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O valor de um indutor, construído com núcleo fechado, obedece à
fórmula matemática:
Permeabilidade magnética do vácuo, ou constante magnética (unidade
henrys por metro (H/m) ou newton por ampere quadrado (N/A²)
l
Sendo:
l = comprimento do trajeto total, das linhas do fluxo, no núcleo fechado (m).
S = área da secção do núcleo (m²) .
N= quantidade de espiras
abaixo
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