A utilização dos dielétricos permite haver diversas vantagens. Uma delas, e talvez a mais simples de todas elas, é que com o dielétrico podemos colocar as placas do condutor muito próximas sem o risco de que eles entrem em contato. Qualquer substância que for submetida a uma intensidade muito alta de campo elétrico pode se tornar condutor, por esse motivo o dielétrico é mais utilizado do que o ar como substância isolante, pois se o ar for submetido a um campo elétrico muito alto, pode acabar se tornando um condutor.
Os capacitores podem ser usados nos mais diferentes tipos de circuitos elétricos, nas máquinas fotográficas armazenando cargas para o flash, por exemplo. Eles podem ter o formato cilíndrico ou plano, a depender do circuito ao qual está sendo empregado.
CAPACITORES PLANOS
CAPACITORES CILÍNDRICOS
CAPACITÂNCIA
Capacitância ou capacidade elétrica é a grandeza escalar determinada pela quantidade de energia elétrica que pode ser acumulada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente alternada que atravessa um capacitor numa determinada frequência. Ou seja, a capacitância corresponde à relação entre a quantidade de carga acumulada pelo corpo e o potencial elétrico que o corpo assume em consequência disso.
No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de capacitância é o farad (F), no entanto essa é uma medida muito grande e que para fins práticos são utilizados valores expressos em microfarads (μF), nanofarads (nF) e picofarads (pF). A capacitância de um capacitor de placas paralelas, ao ser colocado um material dielétrico entre suas placas, pode ser determinado da seguinte forma:
Em que:
εo é a permissividade do espaço;
A é a área das placas;
d é a distância entre as placas do capacitor.
COMO FUNCIONA O CAPACITOR
Como já abordado anteriormente, o capacitor tem como sua principal função o acúmulo de cargas elétricas em duas placas que são separadas por um material dielétrico. Essas placas ficam muito próximas uma das outras. Como são cargas opostas, elas se atraem, ficando armazenadas na superfície das placas mais próximas do isolante dielétrico. Devido à atração, é criado um campo elétrico entre as placas através do material dielétrico do capacitor. A energia que o capacitor armazena advém do campo elétrico criado entre as placas. É, portanto, uma energia de campo eletrostático.
Eletrostática é o ramo da física que estuda as cargas elétricas quando estão em repouso, ou em equilíbrio, não estão em movimento. Este estado das cargas é chamado de eletricidade estática, se essas cargas estiverem em movimento, o nome desse evento seria corrente elétrica, e ao evento dá-se o nome de Eletricidade Dinâmica.
Quando o capacitor está carregando ou descarregando, existe um valor variável de corrente elétrica. Mas, como entre as placas do capacitor existe um material dielétrico, essa energia não passa de uma placa para outra, ficando, assim, armazenada.
Quando o capacitor está totalmente carregado (alcançou o regime estacionário), ou totalmente descarregado (está aberto) não existe esse fluxo de energia, pois as cargas não estão em movimento, uma vez que para ser corrente elétrica as cargas precisam estar em movimento.
APLICAÇÃO DOS CAPACITORES
Existem variações nos modelos dos capacitores, para se adequarem a diferentes utilizações. Como dito anteriormente, o material dielétrico influencia na situação a qual o capacitor será usado. São dispositivos encontrados facilmente em circuitos eletrônicos, e outros lugares como, por exemplo:
- sensores;
- osciladores;
- filtros de ruídos em sinais de energia;
- absorver picos e preencher vales em sinais elétricos;
- divisor de frequência em sistemas de áudio;
- armazenamento de carga e sistemas de flash em câmeras fotográficas;
- em conjuntos de transistores em memórias DRAM;
- baterias temporárias e som automotivo (mega capacitor);
- laser de alta potência (banco de capacitores);
- radares (banco de capacitores);
- aceleradores de partículas (banco de capacitores);
- sintonizadores de rádio (capacitor variável);
- so start de motores de portão eletrônico (capacitor de partida);
- em fontes de alimentação.
Umas das principais aplicações dos capacitores é a de separar as correntes alternada e contínua quando essas se apresentam simultaneamente. Em corrente contínua (CC), o capacitor se comporta como um Circuito Aberto, e em corrente alternada (CA), o capacitor se comporta como uma resistência.
A diferença entre o capacitor e a bateria é: o capacitor é muito mais simples. O capacitor armazena a energia, enquanto a bateria produz energia através de processos químicos e armazena-a. O capacitor é muito mais rápido no processo de descarga da energia acumulada, em comparação com baterias, além de serem aplicados em ocasiões nas quais a bateria não tem aplicação, como, por exemplo, dividir frequências e suavizar sinais elétricos.
ENERGIA NOS CAPACITORES
A enorme utilidade dos capacitores consiste no fato de que esses dispositivos podem armazenar energia ao manter uma diferença de potencial entre suas placas, em virtude da separação de cargas. A diferença de potencial V entre as placas de um capacitor depende da carga Q, como mostra o gráfico da figura abaixo.
A energia necessária para carregar o capacitor corresponde, numericamente, à área sob a curva V x Q.
Mas, como Q = C · V, então temos:
Qualquer uma dessas expressões permite calcular a energia armazenada em um capacitor. Essa energia armazenada, que é fornecida pela fonte externa, pode ser usada posteriormente.
Assim, um capacitor carregado se comporta de certa forma, como uma bateria cuja diferença de potencial depende da carga armazenada nas placas. Nas baterias normais, a diferença de potencial é constante, enquanto que, nos capacitores, diminui à medida que eles se descarregam.
ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES EM SÉRIE
Numa associação em série, os capacitores são ligados da seguinte maneira: a placa positiva de um capacitor é ligada com a placa negativa do outro capacitor e assim por diante. Para calcular a capacitância equivalente de uma associação de dois ou mais capacitores, utilizamos a seguinte relação matemática:
Q = constante
Portanto, a diferença de potencial elétrico é expressa em cada capacitor por:
Se, C = Q/V
Isolando o termo “V”, temos que;
U1 = Q/C1
U2 = Q/C2
U3 = Q/C3
Como U = U1 + U2 + U3, percebemos que Q/Ceq = (Q/C1) + (Q/C2) + (Q/C3)
Portanto, a capacitância equivalente (Ceq) é dada por
ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES EM PARALELO
Numa associação em paralelo, as placas positivas dos capacitores são ligadas entre si, assim como as negativas. Para calcular a capacitância equivalente utiliza-se a seguinte equação matemática, veja:
V = constante
Portanto, a carga em cada capacitor é expressa por;
Se, C = Q/V
Isolando o termo “Q”, temos que;
Q1 = C1 ⋅ V, Q2 = C2 ⋅ V, Q3 = C3 ⋅ V
Como Q = Q1 + Q2 + Q3, percebemos que Ceq ⋅ V = C1 ⋅ V + C2 ⋅ V + C3 ⋅ V
Portanto, a capacitância equivalente (Ceq) é dada por;
Ceq = C1 + C2 + C3 + … +Cn
