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.

b) 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:

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:

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:
      ou    
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:

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

b) Capacitores associados em paralelo:

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

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

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:

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

Onde:
A = área das placas (em m²)
d = distância que separa as placas (em m)
k = constante dielétrica do meio (adimensional)

Onde:
ε_meio = permissividade do dielétrico contido entre as placas
ε_o = 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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