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Aula 05 - Capacitores
Eletrotécnica
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Introdução
ELETROTÉCNICA
É um componente constituído por dois condutoresseparados por um isolante: os condutores sãochamados armaduras (ou placas) do capacitor e oisolante é o dielétrico do capacitor.
Costuma-se dar nome a esses aparelhos de acordocom a forma de suas armaduras.
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Introdução
ELETROTÉCNICA
Assim temos capacitor plano, capacitor cilíndrico,capacitor esférico etc.
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Introdução
ELETROTÉCNICA
O dielétrico pode ser um isolante qualquer como ovidro, a parafina, o papel e muitas vezes é o próprioar.
Nos diagramas de circuitos elétricos o capacitor érepresentado pelo seguinte símbolo:
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Introdução
ELETROTÉCNICA
Um capacitor apresenta uma proporcionalidadeentre corrente entre seus terminais e a variação dadiferença de potencial elétrico nos terminais.
Ou seja, possui uma característica elétrica dominantecom a natureza de uma capacitância.
Um capacitor é fundamentalmente um armazenadorde energia sob a forma de um campo eletrostático.
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Unidade de Medida do Capacitor
ELETROTÉCNICA
A unidade de capacitância é o Farad [F], masnormalmente os capacitores possuem valores muitobaixos, da ordem de nF, μF e mF.
1 nF = 1x
F
1 μF = 1x
F
1 mF = 1x
F
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Tempo de Carga e Descarga de umCapacitor
ELETROTÉCNICA
Uma das características mais interessantes docapacitor, que possibilita inúmeras aplicaçõestecnológicas, sobretudo em eletrônica, é o seutempo de carga e descarga.
A figura a seguir representa o processo de carga deum capacitor por um gerador e o correspondentegráfico de carga armazenada em cada placa duranteo tempo correspondente.
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Tempo de Carga e Descarga de umCapacitor
ELETROTÉCNICA
Carga de um capacitor:
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Equação para a Carga
ELETROTÉCNICA
R – Valor da ResistênciaC – Valor do Capacitore – base neperiano 2,
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Equação para a Descarga
ELETROTÉCNICA
R – Valor da ResistênciaC – Valor do Capacitore – base neperiano 2,
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EQUAÇÕES PARA O CAPACITOR
ELETROTÉCNICA
Q – Carga do Capacitor
C – Capacitância
C – Capacitância
C – Capacitância
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ENERGIA ARMAZENADA
ELETROTÉCNICA
C
C – Capacitância
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Associação Série de Capacitores
ELETROTÉCNICA
Cálculo da capacitância equivalente:
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Associação Paralela de Capacitores
ELETROTÉCNICA
Cálculo da capacitância equivalente:
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Tensão de Ruptura
ELETROTÉCNICA
Quando aplicamos a um capacitor uma tensão acimada tensão de ruptura, elétrons “saltam” de umaplaca para outra. Neste caso, o capacitor poderá serdanificado.
Quanto maior a distância entre as placas docapacitor maior será a tensão de ruptura.
A tensão máxima que se pode aplicar a um capacitor (tensão nominal), sem que haja a ruptura, vemindicada em seu corpo (invólucro).
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Tensão de Ruptura
ELETROTÉCNICA
A figura abaixo mostra um capacitor eletrolítico de47uF com uma tensão nominal de 16 volts.
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Fatores que influenciam na capacitância
ELETROTÉCNICA
A espessura do dielétrico é um outro fator que influina capacitância. Verifica-se que quanto menor for adistância d entre as armaduras maior será acapacitância C do componente, isto é:
C∞1/d
Este fato também é utilizado nos capacitoresmodernos, nos quais se usam dielétricos de grandepoder de isolamento, com espessura bastantereduzida, de modo a obter grande capacitância.
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Capacitância
ELETROTÉCNICA
"
C – CapacitânciaA – Áread – Distância!
"
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Rigidez e constante dielétrica
ELETROTÉCNICA
Material
Rigidez (kV/cm)
Constante
Ar
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1
Vidro
75-
3,
Ebonite
270-
2,
Mica
600-
5,4 - 8,
Borracha Pura
330
3
Óxido de alumínio
8,
Pentóxido de Tantalo
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Cera de abelha
1100
3,
Parafina
600
3,
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Processos de Fabricação
ELETROTÉCNICA
Os capacitores de filme metalizado são obtidos peladeposição de uma camada de material condutor,sobre um dos lados de uma película de materialflexível isolante, em geral um filme plástico de baixasperdas dielétricas, por exemplo, poliéster.
Isto feito, duas películas são enroladas uma sobre aoutra, de maneira que as superfícies metalizadas nãose toquem.
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Processos de Fabricação
ELETROTÉCNICA
Conecta-se então um terminal a cada superfíciemetálica.
O acabamento é feito com cera fundida, ou comresina epóxi, sobre o qual se faz a marcação dosvalores.
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Processos de Fabricação
ELETROTÉCNICA
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Processos de Fabricação
ELETROTÉCNICA
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Tipos de capacitores
ELETROTÉCNICA
Capacitores de mica
Capacitores de papel
Capacitores Stiroflex
Capacitores de polipropileno
Capacitores de poliéster
Capacitores de policarbonato
Capacitores cerâmicos
Capacitores eletrolíticos de alumínio e de tântalo
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Capacitores poliméricos
ELETROTÉCNICA
O conjunto é recoberto por um revestimentoisolante.
Estes capacitores são empregados em baixa e médiafrequência e como capacitores de filtro e, às vezes,em alta frequência.
Têm a vantagem de atingir capacitânciasrelativamente elevadas em tensões máximas quechegam a alcançar os 1000 V.
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Capacitores poliméricos
ELETROTÉCNICA
Por outro lado, se ocorrer uma perfuração nodielétrico por excesso de tensão, o metal se evaporana área vizinha à perfuração sem que se produza umcurto-circuito, evitando assim a destruição docomponente.
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Capacitores Stiroflex
ELETROTÉCNICA
É o primeiro capacitor a utilizar o plástico comodielétrico, neste caso o poliestireno.
Este material apresenta a constante dielétrica maisbaixa entre os plásticos e não sofre influência dasfrequências altas.
Do mesmo modo dos anteriores são enroladas folhasde poliestireno entre folhas de alumínio.
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Capacitores de polipropileno
ELETROTÉCNICA
O polipropileno é um plástico com propriedadesanálogas ao polietileno, e apresenta maiorresistência ao calor, aos solventes orgânicos e aradiação.
O modo de fabricação é o mesmo utilizado nocapacitor de poliestireno.
Estes componentes são ideais para aplicação emcircuitos de filtros ou ressonantes.
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Capacitores de poliéster
ELETROTÉCNICA
Estes componentes foram criados para substituir oscapacitores de papel, tendo como principaisvantagens sobre os constituídos de papel: maiorresistência mecânica, não é um materialhigroscópico, suporta ampla margem de temperatura(-50 °C a 150 °C) com grande rigidez dielétrica.
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Capacitores de poliéster
ELETROTÉCNICA
Por apresentar variações de sua capacitância com afrequência, não são recomendados para aplicacãoem dispositivos que operem em frequênciassuperiores a MHz.
Os valores típicos são de 2pF a 10 μF com tensõesentre 30 e 1000 V.
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Capacitores de policarbonato
ELETROTÉCNICA
Idênticos aos de poliéster com valores típicosentre 1 nF e 10 μF com tensões de trabalhoentre 60V e 1200V.
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Capacitores cerâmicos
ELETROTÉCNICA
Geralmente são constituídos de um suporte tubularde cerâmica, em cujas superfícies interna e externasão depositadas finas camadas de prata às quais sãoligados os terminais através de um cabo soldadosobre o tubo.
Às vezes, os terminais são enrolados diretamentesobre o tubo.
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Capacitores eletrolíticos de tântalo
ELETROTÉCNICA
Os capacitores eletrolíticos de tântalo assemelham-se aos capacitores de alumínio mas, mesmoalcançando as mesmas capacitâncias, são detamanho menor.
Emprega-se o tântalo no lugar do alumínio, para alâmina, e o eletrólito é uma pasta ou líquido.
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Capacitores eletrolíticos de tântalo
ELETROTÉCNICA
Seu emprego é aconselhável sobretudo comocapacitor de acoplamento para estágios de baixasfrequências, graças ao seu baixo nível de ruído,muito inferior ao do capacitor de alumínio.
Além do tipo tubular, é encontrado também emforma de "gota".
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Capacitores Eletrolíticos Líquidos
ELETROTÉCNICA
Capacitor que consiste de um eletrodo de metalimerso em uma solução eletrolítica. O eletrodo e asolução são as duas placas do capacitor, enquantoque uma película de óxido que se forma no eletrodoé o dielétrico. A película de dielétrico é formada peloescoamento da corrente do eletrólito para oeletrodo.
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Imagens dos Capacitores Cerâmicos
ELETROTÉCNICA
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Imagens dos Capacitores Poliéster
ELETROTÉCNICA
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Imagens dos Capacitores Eletrolítcos
ELETROTÉCNICA
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Capacitores ajustáveis
ELETROTÉCNICA
Uma categoria importante é a dos capacitoresvariáveis.
Nestes dispositivos, pode-se controlar a área dassuperfícies condutoras submetidas ao campoelétrico, efetivamente controlando a capacitância.
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Capacitores ajustáveis
ELETROTÉCNICA
Capacitor de sintonia
