Eletrodinâmica: Capacitores

Capacitores

Neste post, falaremos sobre o que são capacitores para a Física! Quais suas funções, como é feita a associação de capacitores e como esse tema é cobrado no vestibular! Para outros resumos de Física, clique aqui.

1. Capacitor e Capacitância:

a) Definição de capacitor:

Componente eletrônico capaz de armazenar uma quantidade de carga e, caso necessário, descarregá-la no circuito.

O capacitor funciona como uma espécie de “caixa d’água” do circuito. Quando a passagem de corrente elétrica é interrompida, o capacitor é acionado para liberar a quantidade de carga elétrica que inicialmente estava armazenado nele. Desse modo, o circuito não sofre bruscas quedas de corrente e de tensão e evita a queima de vários componentes que estão conectados no circuito elétrico.

Capacitores

b) Símbolo de capacitor:

Símbolo de Capacitor

c) Capacitância:

Capacitância é a grandeza física que mede a relação de carga armazenada em um capacitor. Essa medição é feita pela diferença de potencial elétrica aplicada em seus terminais.

Tal grandeza é determinada pela seguinte equação:

\dpi{120} C=\frac{Q}{U}

Onde:

C = capacitância em F (farad)

Q = carga elétrica armazenada no capacitor em C (coulomb)

U = diferença de potencial elétrica nos terminais do capacitor em V (volt)

2. Energia Potencial Elétrica em Capacitores:

A energia potencial elétrica armazenada em um capacitor é determinada pela seguinte equação:

\dpi{120} E_{p}=\frac{Q\cdot U}{2}

No entanto, tal equação pode ser reescrita em outros dois formatos quando faz-se a substituição de Q ou de U pela expressão da definição de capacitância:

\dpi{120} E_{p}=\frac{C\cdot U^2}{2}       ou     \dpi{120} E_{p}=\frac{Q^2}{2\cdot C}

Onde:

Ep = energia potencial elétrica armazenada no capacitor em J (joule)

3. Associação de Capacitores:

a) Capacitores associados em série:

Diz-se que há uma associação de capacitores em série quando eles estão associados do seguinte modo:

Capacitores Associados em Série

A capacitância equivalente entre os pontos A e B é determinada pela seguinte equação:

\dpi{120} \frac{1}{C_{equivalente}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\frac{1}{C_3}+\frac{1}{C_4}+\cdots+\frac{1}{C_n}

b) Capacitores associados em paralelo:

Diz-se que há uma associação de capacitores em paralelo quando eles estão associados do seguinte modo:

Capacitores Associados em Paralelo

A capacitância equivalente entre os pontos A e B é determinada pela seguinte equação:

\dpi{120} C_{equivalente}=C_1+C_2+C_3+C_4+\cdots+C_n

c) Observações:

I) A associação de capacitores em série possui as mesmas equações de uma associação de resistores em paralelo. Troca-se apenas os valores de resistência por valores de capacitância.

II) A associação de capacitores em paralelo possui as mesmas equações de uma associação de resistores em série. Troca-se apenas os valores de resistência por valores de capacitância.

Caso queira relembrar as associações de resistores, clique aqui e acesse o nosso resumo.

III) Na associação de capacitores em série, cada capacitor possui o mesmo valor de carga elétrica (Q). Já na associação em paralelo, cada capacitor está submetido a mesma diferença de potencial elétrica (U).

4. Capacitor de placas planas paralelas:

O capacitor mais comum de aparecer em questões de vestibular é o capacitor de placas paralelas. A seguir é apresentado um esquema simplificado dele:

Capacitor de placas paralelas

A capacitância desse capacitor pode ser determinada em função das suas características construtivas, sendo expressa pela seguinte equação:

\dpi{120} C=\frac{k\cdot \varepsilon_{o}\cdot A}{d}

Onde:

A = área das placas (em m²)

d = distância que separa as placas (em m)

k = constante dielétrica do meio (adimensional)

\dpi{120} k=\frac{\varepsilon_{meio}}{\varepsilon_o}

Onde:

εmeio = permissividade do dielétrico contido entre as placas

εo = permissividade do vácuo = 8,85 . 10-12 F/m

5. Exercício de Aplicação:

(ENEM 2016 – 2ª Aplicação – Questão 51 – Caderno 1 Azul) Um cosmonauta russo estava a bordo da estação espacial MIR quando um de seus rádios de comunicação quebrou. Ele constatou que dois capacitores do rádio de 3 μF e 7 μF ligados em série estavam queimados. Em função da disponibilidade, foi preciso substituir os capacitores defeituosos por um único capacitor que cumpria a mesma função.

Qual foi a capacitância, medida em μF, do capacitor utilizado pelo cosmonauta?

a) 0,10

b) 0,50

c) 2,1

d) 10

e) 21

Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (procure a resposta da questão 51).

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Professor de Física desde 2008, quando ainda cursava Engenharia Civil na Escola Politécnica da USP, vindo a graduar neste curso em 2013 e posteriormente fazer licenciatura em Física. Lecionou em renomados cursinhos de São Paulo e de São José dos Campos, sendo responsável por várias aprovações em cursos concorridos no Brasil. Ao longo dos 10 anos de carreira passou a acompanhar as mudanças nos vestibulares das estaduais paulistas (Fuvest, Unicamp, Unesp, Famema e Famerp) e no ENEM sendo grande conhecedor de tais concursos. Atualmente é professor de física em todos os anos do Ensino Médio e professor do Kuadro.

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