Baixe Capacitor - Apostilas - Ciências da Natureza e outras Notas de estudo em PDF para Ciências da Natureza, somente na Docsity! Capacitor em Regime DC Laboratório de Eletricidade e Circuitos Elétricos Licenciatura em Física – Z3 Professora responsável: Sônia Maria Rodrigues Camila Malavazi – 0766313 Érika da Cunha Rodrigues – 0766232 Data da realização do experimento: 3/11/2008 Data da entrega do relatório: 17/11/2008 1 Objetivo: Verificar experimentalmente o comportamento de carga e descarga de um capacitor eletrolítico em regime DC. Introdução: Capacitores 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. Um capacitor é dito carregado se as suas armaduras possuem cargas iguais e opostas q e q , respectivamente. Indicamos por q não a carga resultante no capacitor, que é nula, mas o valor absoluto da carga em qualquer das armaduras; ou seja, q representa o módulo de carga, cujo sinal em uma determinada armadura deverá ser especificado. Podemos carregar um capacitor ligando suas armaduras respectivamente nos terminais opostos de uma bateria. Como as armaduras são condutoras, são equipotenciais e a diferença de potencial aparecerá entre elas. V q C  onde: C é a capacitância do capacitor; q a carga elétrica; V a tensão. (C depende do formato e das posições relativas dos condutores) No sistema internacional de unidades de medida a capacitância é medida em Faraday. A capacitância de 1 Faraday corresponde a 1Coulomb/1Volt. É uma unidade muito grande de modo que nos casos práticos são utilizados submúltiplos dessa unidade como, por exemplo: mF - mili Faraday - 310 F F - micro Faraday – 610 F pF - pico Faraday - 1210 F Tipos de capacitores Capacitores comercialmente disponíveis são especificados pelo dielétrico utilizado e pela forma como ele é construído (fixo ou variável). Na prática quando o capacitor é submetido a um campo elétrico circula uma pequena corrente pelo dielétrico, conhecido como corrente de fuga. Esta corrente é geralmente muito pequena, podendo ser considerada desprezível. 4 situação de carga e 15s para a situação de descarga; comparamos estes valores com os obtidos graficamente para os mesmos instantes. Resultados e Análise Sido construído o circuito 1 (capacitor descarregado 0Vc  ), medimos com um relógio o tempo em segundos que o capacitor demorava para carregar um volt ,com um multímetro digital na sua função voltímetro, ficávamos de olho no desenvolvimento do aumento de carga no capacitor; os valores se encontram abaixo na tabela 1: Tabela 1 – capacitor descarregado (V)Vc 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11,4 t(s) 0 4 6 9 11 12 19 25 33 43 60 152 252 Não foi possível carregar o capacitor em 12V como previsto pelo roteiro porque depois de um tempo a tensão elétrica no capacitor crescia muito lentamente. Houve dificuldade para a verificação exata do tempo que o capacitor carregava nos primeiros 2V, o fluxo de elétrons no começo da carga é muito alto, por ser a diferença de potencial entre as placas que constituem o capacitor muito grande, esse valor de máximaI é dada por: mA K V R E I máxima 6,0 3,20 12    Podemos observar que esse valor de corrente máxima (corrente inicial) é a corrente estacionária que haveria se o capacitor fosse um fiozinho de contato apenas, pois é como se entre as placas não houvesse fluxo de elétrons de uma armadura para a outra. Com o passar do tempo essa dificuldade foi diminuída, a diferença de potencial entre as placas começam a ficar muito próxima a tensão da fonte então o fluxo de elétrons diminui ( imaI min ) até atingir zero, quando o capacitor está carregado totalmente. Com os dados acima levantamos a curva característica do comportamento de carga do capacitor, onde podemos verificar que se trata de uma função não linear dada por:             τ t c 1EV e onde: cV - tensão elétrica no capacitor; e – base do logaritmo neperiano (e = 2,72);  - constante de tempo do circuito ( = R.C). Para o circuito de carga do capacitor temos: s CR 3,2010.1000.10.3,20 . 63     VE 4,11             20,3 t c 14,11V e 5 A fim de verificar a coerência dos dados experimentais com a equação de carga do capacitor, calculamos para t =10s o valor correspondente de tensão no capacitor: Ve 43,414,11V 20,3 01 c              Comparando ambos os valores, temos que os dois foram compatíveis se considerarmos critérios de arredondamento, para a curva teríamos 4V enquanto para a equação temos 4,43V ( V4 ), a pequena discrepância está nas casas decimais que o cálculo foi capaz de dar e no experimento não havíamos tal precisão por estarmos munidos não de um cronômetro mas sim de relógio analógico com precisão apenas de segundos e não seus décimos. Para a construção do circuito 2 (capacitor carregado V4,11Vc  ), também medimos o tempo de descarga do capacitor a cada volt, os resultados se encontram na tabela 2 abaixo: Tabela 2 – capacitor carregado (V)Vc 11,4 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 t(s) 0 1 2 5 7 9 15 21 36 59 89 115 212 Por ter sido carregado até 11,4V o processo de descarga do capacitor por meio do resistor também se iniciará com esse valor. A mesma dificuldade do circuito anterior de não obter precisão nos primeiros volts descarregados pelo capacitor foi encontrada nesse circuito também porém durante mais volts (± os 7 primeiros volts descarregados), por ser nesse instante a corrente do circuito máxima e somente depois de passado um tempo que ela diminui. Com os resultados também levantamos a curva do comportamento de descarga do capacitor, mas agora a tensão do capacitor caia exponencialmente com o tempo tendendo a zero com o tempo, a sua função é dada por:  t cc eVV   . max onde maxc V é a tensão atingida pelo capacitor durante o processo de carga Para o circuito de descarga do capacitor: s CR 3,2010.1000.10.3,20 . 63     maxc V =11,4V 3,20.4,11 t c eV   A verificação da coerência dos dados experimentais com a equação de descarga do capacitor calculamos para t =15s o valor correspondente de tensão no capacitor: VeVc 44,5.4,11 3,20 15   Ambos os valores de tensão obtidos pelos dados experimentais quanto pelos dados nominais postos na equação de descarga do capacitor são próximos, para a curva teríamos 6V enquanto para a equação temos 5,44V ( V5 ), a discrepância de um volt está na imprecisão que 6 tínhamos no experimento por estarmos munidos de relógio analógico com precisão apenas de segundos e pelo fato da descarga ser muito dinâmica nos primeiros volts. Considerações Finais Para o capacitor eletrolítico em corrente contínua temos através dessa simulação descrito o seu comportamento, para carga e descarga de tensão elétrica, porém o capacitor é também empregado em circuitos de corrente alternada, para o processo de carga a tensão elétrica cresce logaritmamente em função do tempo, tendendo sempre ao valor de tensão elétrica da fonte de onde acumula tensão, a corrente elétrica no inicio do processo tem seu valor máximo e chega a atingir seu valor mínimo quando o capacitor se encontra totalmente carregado; para o processo de descarga a tensão elétrica decai exponencialmente em função do tempo, este decaimento é determinado pelo produto da capacitância do dispositivo pela resistência ôhmica associado a ele no circuito de modo a ser o meio por onde a tensão é descarregada. Bibliografia e Sitiografia: RESNICK, R e HALLIDAY, D. Física.3, Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, 1992. GREF. Física 3 Eletromagnetismo. São Paulo, Edusp, 2005. http://www.dsee.fee.unicamp.br