Capacitores
Capacitores. Capacitor num circuito elétrico
Borges e Nicolau
Capacitor
É um sistema constituído de dois condutores, denominados armaduras, entre os quais existe um isolante. A função de um capacitor é armazenar carga elétrica e energia potencial elétrica.
Ao ser submetido a uma tensão elétrica U o capacitor se carrega. Uma armadura se eletriza com carga elétrica +Q e a outra –Q. Na figura representamos o símbolo de um capacitor: dois traços paralelos e de mesmo comprimento. Destacamos também o gerador a ele ligado e as cargas elétricas que suas armaduras armazenam.
A carga elétrica Q da armadura positiva, que em módulo é igual à carga elétrica da armadura negativa é chamada carga elétrica do capacitor.
Mudando-se a tensão U aplicada ao capacitor, sua carga elétrica Q muda na mesma proporção. Isto dignifica que Q e U são grandezas diretamente proporcionais. Logo, a relação Q/U é constante para um dado capacitor. Esta relação é indicada por C e recebe o nome de capacitância eletrostática do capacitor:
x
C = Q/U
x
No sistema Internacional de unidades (SI) a unidade de capacitância é o coulomb/volt que é chamado farad (F).A energia potencial elétrica armazenada por um capacitor é dada por:
Epot = (Q.U)/2
x
Capacitor num circuito elétricoQuando inserimos um capacitor num circuito ele se carrega. Normalmente, desprezamos o intervalo de tempo que o capacitor leva para se carregar, isto é, já o consideramos carregado e no trecho de circuito onde ele se situa não passa corrente elétrica contínua. Assim, uma das utilidades do capacitor é bloquear corrente contínua. Entretanto, o capacitor deixa passar corrente alternada de alta frequência e bloqueia corrente alternada de baixa frequência. Daí seu uso como seletor de frequência.
No circuito abaixo, a leitura do amperímetro ideal A1 é i = E/(r+R), de acordo com a lei de Pouillet.
A leitura do amperímetro ideal A2 é zero, considerando o capacitor plenamente carregado. A leitura do voltímetro ideal V é a tensão U no capacitor que é a mesma no resistor, com quem está ligado em paralelo.
Exercícios básicos
Exercício 1:
Aplica-se a um capacitor uma tensão elétrica U = 12 V.
A capacitância do capacitor é C = 2,0 µF (µ = micro; 1µ = 10-6).
Determine:
a) a carga elétrica armazenada pelo capacitor;
b) a energia potencial elétrica armazenada.
No circuito abaixo considere o capacitor carregado. Determine as leituras dos amperímetros e do voltímetro, considerados ideais e a carga elétrica Q armazenada pelo capacitor.
Qual é a carga elétrica armazenada pelo capacitor ligado ao terminais de um gerador, como indica o esquema abaixo?
Dado: C = 1nF (n: nano; 1n = 10-9).
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Determine a carga elétrica e a energia potencial elétrica armazenada pelo capacitor nos circuitos abaixo:
Determine a carga elétrica e a energia potencial elétrica armazenada pelo capacitor nos circuitos abaixo:
Exercício 4:
Revisão/Ex 1:
(Ufla-MG)
A diferença de potencial entre as placas de um capacitor de placas paralelas de 40xμF carregado é de 40 V.
a) Qual a carga no capacitor?
b) Qual a energia armazenada?
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Revisão/Ex 2:
(PUC-CAMPINAS)
Um capacitor de capacitância 10 μF está carregado e com uma diferença de potencial de 500 V. A energia eletrostática armazenada pelo capacitor é igual a:
a) 2,51 J
b) 2,15 J
c) 2,25 J
d) 5,21 J
e) 12,5 J
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Revisão/Ex 3:
(PUC-SP)
A carga no capacitor do circuito abaixo vale:
a) 10 μC b) 20 μC c) 30 μC d) 40 μC e) 50 μC
Revisão/Ex 4:
(UFCE)
No circuito visto na figura, a bateria é ideal e o capacitor C tem capacitância igual a 7,0 μF. Determine a carga do capacitor C.
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Revisão/Ex 5:
(Unicamp-SP)
Dado o circuito elétrico esquematizado na figura, obtenha:
a) a carga no capacitor enquanto a chave ch estiver aberta;
b) a carga final no capacitor após o fechamento da chave.
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s
Desafio:
Para o circuito esquematizado, determine as cargas elétricas armazenadas pelos capacitores.
R1 = 4,0 Ω
R2 = 6,0 Ω
C1 = 2,0.10-6 F
C2 = 4,0.10-6 F
E = 12 V
r = 2,0 Ω
A resolução será publicada na próxima quarta-feira.
Resolução do desafio anterior:
No circuito abaixo, quais são as intensidades das correntes, indicadas pelo amperímetro A, ideal, quando a chave está na posição 1 e quando está
na posição 2?
Resolução:
Chave Ch na posição 1: gerador + receptor + resistor.
i = (E - E')/ΣR
i = (12 - 6,0)/1,0+4,0+1,0 => i = 6,0/6,0 => i = 1,0 A
Chave Ch na posição 2: geradores em série + resistor.
i = (E + E')/ΣR
i = (12 + 6,0)/1,0+4,0+1,0 => i = 18/6,0 => i = 3,0 A
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