Capacitores
1. Capacitores ou Condensadores
Capacitores ou condensadores são elementos elétricos capazes de armazenar carga elétrica e, conseqüentemente,
energia potencial elétrica.
Podem ser esféricos, cilíndricos ou planos, constituindo-se de dois condutores denominados armaduras que, ao serem
eletrizados, num processo de indução total, armazenam cargas elétricas de mesmo valor absoluto, porém de sinais contrários.
O capacitor tem inúmeras aplicações na eletrônica, podendo servir para armazenar energia elétrica, carregando-se e
descarregando-se muitas vezes por segundo. Na eletrônica, para pequenas variações da diferença de potencial, o capacitor pode
fornecer ou absorver cargas elétricas, pode ainda gerar campos elétricos de diferentes intensidades ou muito intensos em
pequenos volumes.
2. Capacitor Plano
É constituído por duas placas iguais, planas e paralelas que, ao serem conectadas a um gerador, adquirem cargas
elétricas, como mostra a figura.
O símbolo do capacitor é constituído por duas barras iguais e planas que representam as armaduras do capacitor plano.
Qualquer que seja o tipo de capacitor, sua representação será a mesma do capacitor plano.
Quando as placas das armaduras estão eletricamente neutras, dizemos que o capacitor está descarregado.
Ao conectarmos o capacitor a um gerador, ocorre um fluxo ordenado de elétrons nos fios de conexão, pois
inicialmente há uma diferença de potencial entre a armadura e o terminal do gerador ao qual está ligada.
Na figura acima, a armadura A tem, inicialmente, potencial elétrico nulo e está conectada ao terminal positivo da
pilha; logo, os elétrons migram da armadura para a pilha, já a armadura B, que também tem potencial elétrico nulo, está
conectada ao terminal negativo da pilha, e assim elétrons migram do terminal da pilha para a armadura B.
Acontece que, enquanto a armadura A está perdendo elétrons, ela está se eletrizando positivamente e seu potencial
elétrico está aumentando; o mesmo ocorre na armadura B, só que ao contrário, ou seja, B está ganhando elétrons, eletrizandose negativamente, e seu potencial elétrico está diminuindo.
Esse processo cessa ao equilibrarem-se os potenciais elétricos das armaduras com os potenciais elétricos dos terminais
do gerador, ou seja, quando a diferença de potencial elétrico (ddp) entre as armaduras do capacitor for igual à ddp nos
terminais do gerador, e nesse caso dizemos que o capacitor está carregado com carga elétrica máxima.
Num circuito, só há corrente elétrica no ramo que contém o capacitor enquanto este estiver em carga ou em descarga.
3. Capacidade ou Capacitância de um Capacitor
A carga elétrica armazenada em um capacitor é diretamente proporcional à diferença de potencial elétrico ao qual foi
submetido.
Assim sendo, definimos capacidade eletrostática C de um capacitor como a razão entre o valor absoluto da carga
elétrica Q que foi movimentada de uma armadura para outra e a ddp U nos seus terminais.
Essa carga elétrica corresponde à carga de sua armadura positiva.
A capacidade eletrostática de um capacitor depende da forma e dimensões de suas armaduras e do dielétrico (material
isolante) entre as mesmas.
A unidade de capacidade eletrostática, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o farad (F).
4. Energia Armazenada
Os gráficos abaixo representam a carga elétrica Q de um capacitor em função da ddp U nos seus terminais.
Como, nesse caso, Q e U são grandezas diretamente proporcionais, o gráfico corresponde a uma função linear, pois a
capacidade eletrostática C é constante.
Considerando que o capacitor tenha adquirido a carga Q quando submetido à ddp U do gráfico, a energia elétrica
τelétrica armazenada no capacitor corresponde à área do triângulo destacado.
e como Q = C · U, então:
Pelo Sistema Internacional de Unidades (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: microfarad (μF), nanofarad (nF)
ou picofarad (pF).
5. Capacidade Eletrostática do Capacitor Plano
O capacitor plano é constituído de duas placas planas, condutoras, paralelas entre as quais é colocado um material
isolante denominado dielétrico. Esse material isolante pode ser: vácuo, ar, papel, cortiça, óleo etc.
A capacidade eletrostática do capacitor plano depende das seguintes grandezas:
– área das placas: A
– distância entre as placas: d
– permissividade elétrica do meio: ε
6. Campo Elétrico entre as Placas
Quando o capacitor está carregado, entre as placas estabelece-se um campo elétrico uniforme.
Esse campo elétrico tem intensidade constante, logo a ddp U entre as placas é proporcional à distância d entre elas:
Mas, como já foi visto o campo elétrico entre as placas também é:
Sendo a densidade superficial de carga das placas:
Substituindo as equações (1) e (2) na expressão da capacidade eletrostática, temos:
Esta expressão final permite concluir que a capacidade eletrostática de um capacitor plano depende:
– diretamente da constante dielétrica do meio entre as placas;
– diretamente da A área das placas;
– inversamente da distância d entre as placas.
Lembrando que no caso de o meio entre as placas ser o vácuo, o valor da constante dielétrica é:
Para outros meios, define-se a permissividade relativa
do meio como sendo:
absoluta do meio.
A tabela fornece a permissividade relativa de alguns meios.
7. Associação de Capacitores
7.1- Capacitores em Série
a) Definição
A placa positiva de um capacitor está conectada à placa negativa do outro.
b) Carga elétrica
Q é igual para todos os Capacitores
c) Tensão elétrica ou ddp
A ddp total (ou do capacitor equivalente) é igual à soma das ddp’s parciais.
U = U1 + U2 + U 3
d) Capacidade Equivalente
, em que
é a permissividade
As regras de Capacitores em série são semelhantes aos Resistores em Paralelo.
7.2- Capacitores em Paralelo
a) Definição
As placas positivas de todos os capacitores estão conectadas ao pólo positivo do gerador, assim como as placas negativas estão
interligadas ao pólo negativo do gerador.
b) Carga elétrica
A carga total (ou do capacitor equivalente) é igual à soma das cargas parciais.
Q = Q1 + Q2 + Q 3
c) Tensão elétrica ou ddp
U é igual para todos os Capacitores
U = U1 = U2 = U3...
d) Capacidade Equivalente
CE = C1 + C2 + C3
As regras de Capacitores em paralelo são semelhantes aos Resistores em Série.