Capacitores e circuito RC

Prévia do material em texto

<p>Nome da Matéria: Física Essencial</p><p>Aula: Eletrodinâmica O4</p><p>Data: 19/08/2019</p><p>ALUNA(o): __________________________________________________</p><p>Prof. Sérgio Gonzaga</p><p>ASSUNTO: Capacitores e circuito RC</p><p>1</p><p>Capacitor: objeto formado por dois condutores próximos, e isolados um do outro por um dielétrico, de modo que podem ser eletrizados com cargas de mesmo módulo mas de sinais contrários. Cada um dos condutores recebe o nome de armadura.</p><p>Um dielétrico é um isolante elétrico que, sob a atuação de um campo elétrico exterior acima do limite de sua rigidez dielétrica, permite o fluxo da corrente elétrica. Qualquer substância submetida a um campo elétrico muito alto pode se ionizar e tornar-se um condutor.</p><p>De modo geral, nos esquemas de circuitos, um capacitor é representado por um dos símbolos a seguir (Figura 1) independentemente de sua forma.</p><p>Figura 1 – Representação dos capacitores em um circuito.</p><p>Processo de carga do capacitor: o gerador passa a retirar elétrons da armadura A, que vai ser eletrizada positivamente, e a induzir elétrons na armadura B, que vai ser eletrizada negativamente. A carga no capacitor é nula, porém quando se fala na carga de um capacitor, trata-se do módulo da carga que existe em cada armadura. Na Figura 2, tem-se uma ilustração do processo de carga do capacitor.</p><p>Figura 2 – Carga do capacitor</p><p>Suponhamos que um capacitor esteja eletrizado com uma carga de módulo Q e que entre as armaduras exista uma ddp cujo módulo é U.</p><p>Q = C U</p><p>Onde C é uma constante de proporcionalidade denominada capacitância do capacitor. No sistema internacional a unidade de capacitância é o farad cujo símbolo é F.</p><p>[FARAD] = [F] =</p><p>A capacitância de um capacitor depende exclusivamente de suas propriedades físicas. A expressão para o cálculo da capacitância está descrita a baixo:</p><p>Na Tabela 1, pode-se visualizar os submúltiplos mais comuns para unidade de capacitância.</p><p>Tabela 1 – Submúltiplos mais utilizados nos cálculos de capacitância</p><p>1 μF</p><p>1 microfarad</p><p>10-6 F</p><p>1 nF</p><p>1 nanofarad</p><p>10-9 F</p><p>1 pF</p><p>1 picofarad</p><p>10-12 F</p><p>Exemplo: um capacitor foi eletrizado com carga</p><p>Q = 12 nC e a diferença de potencial entre suas armaduras é U = 3,0 volts.</p><p>a) Qual a capacitância do capacitor?</p><p>b) Energia potencial elétrica armazenada no capacitor.</p><p>c) Qual será a diferença de potencial entre as armaduras se o capacitor for eletrizado com carga Q' = 48 nC?</p><p>Energia potencial eletrostática de um capacitor: se um condutor está em um potencial V, eletrizado com carga Q, armazena uma energia potencial eletrostática (ou elétrica) dada por:</p><p>Exemplo: um capacitor plano é ligado a uma bateria e, após ser carregado, é desligado dela. Em seguida, aumenta-se um pouco a distância entre as suas armaduras. Em virtude dessa última operação:</p><p>a) a capacitância do capacitor aumenta;</p><p>b) a ddp entre as armaduras do capacitor não se altera;</p><p>c) a carga elétrica do capacitor diminui;</p><p>d) a intensidade do campo elétrico do capacitor aumenta;</p><p>e) a energia potencial elétrica no capacitor aumenta.</p><p>Exemplo: um capacitor plano a vácuo é carregado por um gerador e, em seguida, desligado dele. Introduz-se, então, uma placa de dielétrico entre as armaduras do capacitor. Consequentemente:</p><p>a) a capacitância do capacitor diminui;</p><p>b) a ddp entre as armaduras diminui;</p><p>c) a carga elétrica do capacitor aumenta;</p><p>d) a intensidade do campo elétrico do capacitor aumenta;</p><p>e) a energia potencial elétrica no capacitor aumenta.</p><p>Associação de capacitores:</p><p>· Série:</p><p>· Paralelo:</p><p>Circuito RC: na Figura 3, temos o exemplo de um circuito RC.</p><p>Figura 3 – Exemplo de circuito RC</p><p>Em , não há nenhuma carga no capacitor e quando t∞, a tensão no capacitor é igual a tensão da fonte. No estudo dos circuitos RC, outra definição importante é a constante de tempo (τ).</p><p>A constante de tempo, τ, nos diz o tempo necessário para o capacitor atingir 63% da carga máxima.</p><p>Exemplo: no instante t = 0, um capacitor de 2500 μF, descarregado, é ligado a uma fonte de 12V, por meio de uma chave na posição 1. Em outro instante de tempo, após a carga total, passa-se a chave para posição 2 e o capacitor descarrega em 0,020s.</p><p>a) calcule a carga Q após o capacitor ter sido carregado;</p><p>b) calcule a energia potencial Ep;</p><p>c) a intensidade média da corrente que atravessa a resistência.</p><p>Exemplo: calcule a carga elétrica e a tensão nos capacitores:</p><p>image4.jpeg</p><p>image5.jpeg</p><p>image6.jpeg</p><p>image7.jpeg</p><p>image1.jpg</p><p>image3.png</p><p>image2.jpg</p>