Baixe N.P CAPACITORES keyth e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity!
1. Capacitores
Capacitores ou condensadores, é um aparelho eletrônico usado para
armazenar energia elétrica.Sendo um dispositivo muito usado em
circuitos elétricos que tem como função armazenar cargas elétricas e
consequente energia eletrostática para utilização rápida,eliminar
ondulações e bloquear uma corrente contínua.Ele é constituído de duas
peças condutoras que são chamadas de armaduras(ou placas) que ficam
separadas.Entre essas armaduras existe um material que é chamado de
dielétrico.
Dielétrico é uma substância isolante que possui alta capacidade de resistência ao fluxo de corrente elétrica.O dielétrico do capacitor pode ser um isolante qualquer como:vidro,parafina,papel e muitas vezes o próprio ar. Qualquer substância que for submetida a uma intensidade muito alta de campo elétrico pode ser tornar condutor, por esse motivo é que o dielétrico é mais utilizado do que o ar como substância isolante, pois se o ar for submetido a um campo elétrico muito alto ele acaba por se tornar condutor.A utilização dos dielétricos tem várias vantagens. A mais simples de todas elas é que com o dielétrico podemos colocar as placas condutoras muito próximas sem o risco de que eles entrem em contato.
Denominamos capacitores fixos aqueles que têm uma capacitância determinada pela sua construção, diferentemente dos capacitores ajustáveis e variáveis que podem ter sua capacitância alterada por uma ação externa. O símbolo utilizado para representar os capacitores fixos de diversos tipos.
Quando ligamos às armaduras de um capacitor um gerador (uma bateria), a armaduraligada ao polo positivo da pilha se carrega positivamente, enquanto que a outra carrega-se negativamente. À quantidade de cargas armazenadas na armadura positivaé a mesma armazenada na armadura negativa.
Mesmo depois de retiramos a bateria do circuito, o capacitor mantém em suas armaduras as cargas elétricas, e estas apresentam a mesma diferença de potencial da bateria que foi conectada. Dizemos que o capacitor se encontra carregado.
Para descarregar um capacitor é preciso oferecer um percurso para que as cargas de uma armadura fluam para a outra e haja a neutralização. Assim, interligando as armaduras por um circuito externo, os elétrons da armadura que os tem em excesso (negativa) fluem para a positiva, ocorrendo à neutralização. Temos então a descarga do capacitor,conforme a figura.
2. Suas aplicações:
São encontrados em praticamente todos os equipamentos eletrônicos, nas
mais diversas formas e tamanhos. Estes componentes também são
bastantes críticos, devendo ser usados com muito cuidado. Entender suas
especificações, conhecer os tipos existentes e suas características é
fundamental para todo o praticante. Capacitores são usados em fontes de
energia onde elas suavizam a saída de uma onda retificada completa ou meia onda.
São freqüentemente usados para separar circuitos corrente alternados de corrente continua. Este método é conhecido como acoplamento AC. Também usados na correção de fator de potência. Tais capacitores freqüentemente vêm como três capacitores conectados como uma carga trifásica. Geralmente, os valores desses capacitores não são dados pela sua capacitância, mas pela sua potência reativa.
Utilizados em nas máquinas fotográficas armazenando cargas para o flash, sendo assim podem ter o formato cilíndrico ou plano, dependendo do circuito ao qual ele está sendo empregado.
A propriedade do capacitor de ser um bom armazenador de cargas elétricas faz com que ele possa ser empregado nos circuitos de rádio,televisão,máquina de calcular e etc.Esses aparelhos são tão importantes nos circuitos eletrônicos,de maneira geral,que sua indústria tem acompanhado o grande desenvolvimento científico e tecnológico do mundo moderno,apresentando novos modelos cada vez mais aperfeiçoados.
3. Principais tipos de Capacitores:
Capacitores são freqüentemente classificados de acordo com o material
usado como dielétrico.
✓ Capacitores Eletrolíticos ou Eletroquímicos:
Contém grandes valores de capacitância podendo ser obtidos em comparação com o tamanho do capacitor devido a pequena espessura do dielétrico ser extremamente fina. Uma das principais características do capacitor eletrolítico é que eles tem polaridade (terminal positivo e terminal negativo).
Isso significa que deveremos ter cuidado ao conectá-los ao circuito. Se o capacitor for submetido a uma tensão maior que a de trabalho ou se a polaridade for invertida ele pode ser danificado e até mesmo explodir.
Sendo usado principalmente em fontes de alimentação, para diminuir o ripple.Esse capacitor é similar a uma bobina (é uma fita de alumínio enrolada) ele não é adequado para se usado em altas freqüências.Geralmente em um diagrama o lado positivo é indicado com um "+" , mas pode ser que o terminal com indicação seja o negativo.
✓ Capacitores Cerâmicos:
Consiste de um tubo ou disco de cerâmica de constante dielétrica na faixa de 10 a 10.000. Uma fina camada de prata é aplicada a cada lado do dielétrico.
Internamente esses capacitores não têm estruturas de bobinas, por isso mesmo podem ser usados em aplicações de alta frequência.
Tipicamente são usados em circuitos que aterram sinais de alta frequência.Écaracterizado por baixas perdas.
O material dielétrico é a mica, e as placas do capacitor geralmente são feita por deposição de prata sobre uma folha de mica. Suas características notáveis são a perda muito baixa e alta estabilidade com a temperatura e resistência ao tempo. É muito utilizado em circuitos de potência de RF, osciladores, circuitos ressonantes (como bobinas de FI antigas).
Os capacitores de mica atuais se apresentam de dois tipos, os com terminais ou com soldagem diretamente sobre a placa. Por não possuir terminais e ser soldado diretamente sobre as trilhas da placa, isso minimiza as indutâncias parasitas que terminais introduziriam no circuito. E isso também ajuda bastante na dissipação de calor quando trabalhando com potencias elevadas.
✓ Capacitores Variáveis:
Há dois tipos distintos de capacitores variáveis, cujas capacitâncias podem ser mudadas intencionalmente e repetidamente ao longo da vida do dispositivo:
Sintonia ou Variáveis: São usados em equipamentos de telecomunicação para sintonia e controle de freqüências.Usam uma construção mecânica para mudar a distância entre as placas, ou a superfície da área das placas superpostas. Neste tipo de capacitor o elemento dielétrico é o próprio ar.
Diodos de capacitância variável: Aqueles que usam o fato de que a espessura da camada de depleção de um diodo varia com a tensão da corrente contínua atravessando o diodo. Qualquer diodo exibe esse efeito, mas dispositivos vendidos especificamente como varactores têm uma área de junção grande e um perfil de dopagem especificamente dimensionado para maximizar a capacitância.
Microfone (conhecido como um microfone condensador): O diafragma age como uma placa do capacitor, e as vibrações produzem alterações na distância entre o diafragma e uma placa fixa, alterando a tensão entre as placas.
✓ (^) Capacitores de poliéster e poliéster metalizado:
Adequado também para aplicações de armazenagem e descarga de energia, devido à robustez e elevada rigidez dielétrica do poliéster. Se usadoem fontes chaveadas, a corrente deve ser limitada para reduzir o auto-aquecimento.A tolerância do capacitor de poliéster não é muito boa (faixa de 5 a 10%). Mas é barato, tem boa estabilidade com a temperatura, disponívelem larga faixa de valores e, por tudo isso, bastante usado. É um dielétrico robusto, podendo suportar temperaturas de -55 a +85ºC.
✓ Capacitores de filme de papel:
É um dos tipos mais antigos. Pode ser metalizado ou ter filmesseparados. O papel é impregnado com cera, resina epóxi, óleo ou outra substância paramelhorar as propriedades dielétricas. Usado para tensões altas e correntes alternadasde baixas freqüências.
✓ Supercapacitores ou ultracapacitores:
Usa uma camada de eletrolítico de espessura molecular, ao invés de uma folha manufaturada de material, como o dielétrico. Como a energia armazenada é inversamente proporcional à espessura do dielétrico, esses capacitores têm uma densidade de energia extremamente alta. Os eletrodos são feitos de carbono ativado, que tem uma área de superfície alta por unidade de volume, aumentando a densidade de energia do capacitor.Individuais têm capacitâncias de centenas ou até milhares de farads.
4. Capacitância
A propriedade da capacitância ou capacidade (C) é de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático que é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial ou tensão (V) que existe entre as placas.
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 microfarads (μF), nanofarads (nF) ou picofarads (pF).
É importante sabermos que a capacitância de um capacitor é considerada uma constante, onde a d.d.p e a carga elétrica são proporcionais entre si. Sendo que:
- Se duplicarmos a d.d.p do gerador, que leva o capacitor, conseqüentemente sua carga elétrica também irá se duplicar.
- Se triplicarmos a d.d.p, consequentemente a carga elétrica também irá se triplicar.
- E consequentemente se a d.d.p for multiplicada por n , sua carga elétrica também será n.
Podemos concluir que a capacitância do capacitor, sempre irá depender da sua forma e do seu tamanho, assim como o do dielétrico.Então quanto maior for a constante dielétrica do material não condutor introduzido, maior será a capacitância.
É possível calcular a energia potencial elétrica ( Epe ) do corpo eletrizado, que é a área do triângulo formado no gráfico cartesiano VxQ:
ou
A capacitância depende da geometria do capacitor de placas paralelas, cilíndrico, esférico.
A capacitância é:
✓ Para condutores esféricos:
Onde:
r = raio da esfera
k = constante eletrostática ou de Coulomb N.m²/s².
Consiste de duas armaduras esféricas e concêntricas, uma de raio menor e outra de raio maior. Entre as duas armaduras podemos colocar um material dielétrico, assim como os capacitores planos.
5. Capacitores em Série:
Os capacitores são ligados em seqüência e apenas os terminais do
primeiro e do último são ligados na tensão ou d.d.p. Desta forma, todos
absorvem a mesma carga q.
Vtotal =V 1 +V 2 +V 3 ......+Vn
Onde V1, V2,..... São as tensões em cada capacitor individual, como a carga em todos é igual:
- Então a definição de Capacitância Equivalente(C (^) eq), fica C (^) eq = V/Q. Com isto:
A formula final nos permiti o calculo da Capacitância resultante ou equivalente.
6. Capacitores em Paralelo:
Na associação em paralelo, os capacitores são conectados de forma que todos terão contato direto com os pontos de tensão V. Assim todos os capacitores estão em um mesmo potencial, mas acumulam cargas diferentes.
- A d.d.p dos capacitores é a mesma, a carga armazenada nos capacitores se distribuidiretamente proporcional a capacitância
- (^) A carga total absorvida é a soma das cargas acumuladas em cada capacitor.
Q (^) total= Q 1 +Q 2 +Q 3 ....+Q (^) n
- Dividindo a equação anterior por V, obtemos a capacitância equivalente:
7. Capacitores associados de forma mista:
Nesse tipo de associação encontramos capacitores associados em
paralelos e em série.
- Primeiramente resolvemos os capacitores em paralelo e logojuntamos com os série.
9. Exercícios:
Questão 01) Um circuito é formado por dois capacitores, um de capacitância C 1=11, μF e outro de capacitância C 2 = 9,0 μF ligados em paralelo. O conjunto é ligado em série com um terceiro capacitor, de capacitância C 3 = 15,0 μF. Determinar a capacitância equivalente total dos três capacitores.
Questão 02) Para o circuito da questão 01, considere que no circuito foi ligada uma fonte de tensão de 28 V. Pede-se:
a) A carga de cada capacitor.
b) A diferença de potencial nos terminais da cada capacitor.
c) A energia armazenada em cada capacitor.
Questão 03) A distância entre as placas de um capacitor com placas paralelas é igual a 5,0 mm e a área das placas é igual a 2,0 m2. Uma diferença de potencial de 10.000 V é aplicada nos seus terminais. Pede-se:
a) O valor da capacitância do capacitor.
b) A carga acumulada em cada placa.
c) O módulo do campo elétrico criado entre as placas do capacitor.
Questão 04) Uma capacitância C1 =3,0 μF é carregada através de uma bateria de 100 V. A seguir a capacitância é desligada da bateria sendo ligada em paralelo com outra capacitância C2 = 2,0 μF que se encontra inicialmente descarregada. Determinar:
a) As novas cargas após a ligação e a nova tensão entre as armaduras de C1.
b) A diminuição da energia potencial elétrica após a ligação efetuada.
10.Resoluções:
11. Referências:
http://www.brasilescola.com/fisica/capacitores.htm
http://www.ifsc.usp.br/~hoyos/courses/2010/SLC0574/07-Capacitores.pdf
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/
http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20CA/aparte1/aulas/
capacitores.html
http://www.py2bbs.qsl.br/capacitores.php
http://pt.wikipedia.org/wiki/Capacitor
ALUNOS:
KEYTH LORRANNY MOTTA MENDES MARTINS R.A: 5116616
YURI NASCIMENTO BAMBIRRA R.A: 5119600
UBERLANDIA-MG
