Capacitores

Question 1

O que é um capacitor

Answer 1

dispositivo para ARMAZENAR ENERGIA ELÉTRICA
- DESCARGA RÁPIDA
(um capacidor carregador pode fornecer energia com uma rapidez muito maior que de uma pilha)

• Formado por:
  DOIS CONDUTORES (PLACAS, indepedente do formato) ISOLADOS ENTRE SI

Question 2

Funcionamento de um capacitor e carga das placas

Answer 2

O campo desloca o mesmo número de elétrons do terminal
negativo da bateria para a placa b do capacitor; o ganho de elétrons faz com que a placa b fique
negativamente carregada. AS CARGAS DA PLACA A E B TEM O MESMO VALOR ABSOLUTO.

funcionamento:
No instante em que a chave é fechada, as duas placas estão descarregadas e a diferença de potencial
é zero. À medida que as placas vão sendo carregadas, a diferença de potencial aumenta até se tornar
igual à diferença de potencial V entre os terminais da bateria. Ao ser atingido o novo equilíbrio, a placa
a e o terminal positivo da bateria estão no mesmo potencial, e não existe um campo elétrico no fio que
liga esses dois pontos do circuito. O terminal negativo e a placa b também estão no mesmo potencial, e
não existe um campo elétrico nos fios que ligam o terminal negativo à chave S e a chave S à placa b. Uma
vez que o campo elétrico nos fios do circuito é zero, os elétrons param de se deslocar; dizemos então que
o capacitor está totalmente carregado, com uma diferença de potencial V e uma carga q relacionadas
pela equação

Question 3

CAPACITÂNCIA

Answer 3

q = CV
(q = carga, C = capacitância, V = diferença de potencial)

(difereça de potencial aumenta proporcionalmente com a carga -> constante de proporcionalidade = CAPACITÂNCIA)

o valor de C DEPENDE DA GEOMETRIA DAS PLACAS, mas NÃO DEPENDE DA CARGA nem da diferença de potencial.

+ capacitância -> + carga necessária

Question 4

CÁLCULO da capacitância

Answer 4

(1) Supomos que as placas do capacitor estão
carregadas com uma carga q; (2) calculamos o campo elétrico entre as placas em função da carga,
usando a lei de Gauss; (3) a partir de , calculamos a diferença de potencial V entre as placas, usando a
Eq. 24-18; (4) calculamos C usando a equação q = CV

Question 5

Capacitância de placas paralelas

Answer 5

C = (e0 A) / d

Question 6

Capacitância de um capacitor cilíndrico

Answer 6

C = [ (2 pi e0) L / (ln(a/b)) ]

Question 7

Capacitância de um capacitor esférico

Answer 7

C = [4 pi e0 (ab)/(b-a) ]

Question 8

Capacitância de uma esfera isolada de raio R

Answer 8

C = 4 pi e0 R

Question 9

capacitores em PARALELO

Answer 9

MESMA DIFERENÇA DE POTENCIAL (V)
carga total q armazenada nos capacitores é a soma das cargas armazenadas individualmente nos
capacitores.
q = CV –> Ceq = q/V

Ceq = C1 + C2 + C3

Question 10

capacitores em SÉRIE

Answer 10

MESMA CARGA q
Cadeia de eventos (Começamos com o capacitor 3 e continuamos até chegar ao capacitor 1. Quando a bateria é ligada aos capacitores em série, ela faz com que uma carga −q se acumule na placa inferior do capacitor 3. Essa carga repele as cargas negativas da placa superior do capacitor 3, deixando-a com uma carga +q. A carga que foi repelida é transferida para a placa inferior do capacitor 2, fazendo com que acumule uma carga −q, etc.)
V = q/C -> V1 = q/C1 , V2 = q/C2 ,etc
Ceq = q/V

1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

Question 11

Energia Armazenada em um Campo Elétrico

Answer 11

essa ENERGIA ESTÁ ASSOCIADA AO CAMPO ELÉTRICO QUE EXISTE ENTRE AS PLACAS

O campo elétrico que essa transferência produz no espaço entre as placas tem um sentido tal que se opõe a novas transferências de carga. Assim, à medida que a carga fosse sendo acumulada nas placas do capacitor, seria necessário realizar um trabalho cada vez maior para transferir novos elétrons.

U = q²/2C
U = (1/2)CV²

Question 12

Densidade de Energia (u)

Answer 12

u = U / Ad (Ad = volume do espaço entre as placas) = (CV²) / ( 2Ad)
u = (1/2) e0 E²

Question 12

Densidade de Energia (u)

Answer 12

u = U / Ad (Ad = volume do espaço entre as placas) = (CV²) / ( 2Ad)
u = (1/2) e0 E²

Question 13

Capacitor com um Dielétrico

Answer 13

dielétrico -> material isolante
Quando preenchemos o espaço entre as placas de um capacitor com um dielétrico, o que acontece com a capacitância? Faraday constatou que a capacitância era multiplicada por um fator numérico κ, que chamou de constante dielétrica do material isolante
(cada material tem uma constante dielétrica k -> do ar é muito próxima daquela do vácuo)

Question 14

potencial de ruptura

Answer 14

quando esse valor é excedido, o material dielétrico sofre um processo conhecido como ruptura e passa a permitir a passagem de cargas de uma placa para a outra

INTRODUÇÃO DE UM DIELÉTRICO -> LIMITA V entre as placas a um valor Vmax

Question 15

rigidez dielétrica

Answer 15

A todo material dielétrico pode ser atribuída uma rigidez dielétrica, que corresponde
ao máximo valor do campo elétrico que o material pode tolerar sem que ocorra o processo de ruptura.

Question 16

CAPACITÂNCIA de um Capacitor com um Dielétrico

Answer 16

C = k e0 L (L = dimensão de comprimento (depende da configuração das placas))

se um dielétrico preenche totalmente o espaço entre as placas:
C = k C_{ar}
(C_{ar} = valor da capacitância com apenas ar entre as placas)

Question 17

Capacitor com um Dielétrico - CAMPO ELÉTRICO

Answer 17

E = [ 1/ (4 pi eo k) (q / r²) ]
Como o efeito do dielétrico é dividir por κ o campo original E0 (E0 = módulo do campo) -> E = (E0 / k) = ( q / (k e0 A) )