Eletrodinâmica VII: capacitores

Capacitor

Quando o condutor B, envolve completamente o condutor A, a indução é total e o par A e B recebe o nome de capacitor

a função do capacitor é armazenar cargas elétricas

U = Va - Vb

C = Q/ U

A capacitância mede a capacidade de um capacitor em armazenar cargas elétricas

Capacitor plano

a constante de proporcionalidade é denominada permitividade ou permissividade e vale 8,8.10 -12 F/m capacitor

A é a área das armaduras e e d é a distância entre elas

capacitor1

Associação de capacitores

Em série

a armadura negativa de um capacitor está ligada à armadura positiva do seguinte

A carga + Q, que é comunicada à associação, é recebida pela armadura positiva do primeiro capacitor. Esta induz - Q na armadura negativa do primeiro capacitor, e a carga + Q escoa para a armadura positiva do segundo capacitor e assim sucessivamente. capacitor2

Numa associação em série, todos os capacitores apresentam mesma carga Q

U = U1 + U2 +U3

capacitor3

Em capacitores iguais, temos: Cs = C/ n

Para dois capacitores associados em série capacitor4

Associação em paralelo

as armaduras positivas estão ligadas entre si, apresentando mesmo potencial Va, e as armaduras negativas também estão ligadas entre si, possuindo o potencial comum Vb capacitor5

capacitor6

Todos os capacitores apresentam a mesma ddp U = Va - Vb

A carga Q fornecida divide-se em Q1, Q2, Q3, então Q = Q1 + Q2 + Q3

da mesma forma
C = C1 + C2 + C3

Energia potencial elétrica armazenada por um capacitor

capacitor7

Carga e descarga de um capacitor

A carga elétrico que o capacitor vai gradativamente armazenando e a tensão elétrica entre suas armaduras variam com o tempo

quando a tensão entre as armaduras atinge o valor E, cessa a movimentação de cargas elétricas no circuito; quanto maior o valor da resistência R, mais tempo demora para o processo de completar

Depois de se carregar completamente, o capacitor bloqueia a passagem contínua da corrente

No processo de descarga, a carga elétrica do capacitor e a tensão elétrica entre suas armaduras decrescem com o decorrer do tempo

Se o gerador fosse de corrente alternada, o capacitor deixaria passar corrente de alta frequência e bloquearia a corrente de baixa frequência, funcionando como seletor de frequências (em aparelhos de som para separar sons de alta frequência - agudos - dos de baixa frequência - graves)

Dielétricos

substâncias que não conduzem corrente elétrica, por não existirem cargas elétricas livres em seu interior

preenchendo o espaço entre as armaduras com dielétricos, observa-se que a capacitância dos capacitores aumenta

a relação entre a capacitância C do capacitor com dielétrico e a capacitância Co do capacitor à vácuo é uma constante característica do dielétrico, a constante dielétrica isolante capacitor8

a carga elétrica do capacitor após a introdução do dielétrico permanece a mesma, mas a mudança de capacitância implica na mudança da ddp entre as armaduras capacitor9

a intensidade do campo elétrico também muda capacitor10

a introdução do dielétrico entre as armaduras de um capacitor desligado do gerador aumenta a capacitância, diminui a ddp e diminui a intensidade do campo elétrico

Fe(0) é a intensidade da força elétrica entre duas cargas elétricas puntiformes colocadas no vácuocapacitor11

Polarização do dielétrico

As moléculas de um dielétrico podem ser classificadas em polares e não-polares

polares: aqueles que, normalmente, tem uma distribuição não-simétrica de cargas elétricas no seu interior Neutro:capacitor12 Polar: tem uma extremidade eletrizada positivamente e a outra negativamente; eletrizando o capacitor, ocampo elétrico entre as armaduras alinha as moléculas capacitor13

não-polares: aquelas tem uma distribuição simétrica de cargas elétricas no seu interior cap14 A distribuição simétrica de cargas é modificada pelo campo elétrico de modo que ocorre uma efetiva separação de cargas; tem suas extremidades eletrizadas e alinhadas cap15

Esses fenômenos são chamados de polarização do dielétrico

o campo elétrico resultante entre as armaduras é menor do que se entre elas existisse o vácuo; isso ocorre porque, no interior do dielétrico, há uma compensação entre as cargas positivas e negativas, mas, nas superfícies do dielétrico, formam-se duas distribuições - Q e + Q, chamadas de cargas de polarização

Rigidez dielétrica de um isolante

aumentando a ddp em um capacitor, aumenta-se a intensidade do campo entre suas armaduras

um campo elétrico suficientemente intenso pode arrancar elétrons dos átomos do dielétrico, ocasionando sua ionização

o valor máximo do campo elétrico que um isolante suporta sem se ionizar recebe o nome de rigidez dielétrica de um isolante

superada essa rigidez, tem-se uma faísca entre as armaduras, o que danifica o capacitor