Colégio estadual Dom Hélder Câmara

Nomes: Nathália, Leonardo e Esrael.
Números respectivamente: 31, 26 e 8.
Turma: 3002
Trabalho de: Física
Professora: Cristiane
Data: 09/07/09

Referências do trabalho

http://www.cefetsc.edu.br/~mussoi/sistemas_digitais/capacitores-apostila-3ed.pdf

http://www.dsee.fee.unicamp.br/~sato/ET515/node16.html

http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/mod05/m_s06.html

http://ivairsouza.com/capacitor1-site.html

http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20CA/aparte3/aulas/aula011.html

http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/mod11/m_s06.html

http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/mod11/m_s07.html

4.3) Circuito RLC

CIRCUITO RLC

Na natureza sao inumeros os fenomenos que envolvem oscilações. Um exemplo comum e
o pendulo de um relógio, que se move periodicamente (ou seja, de repetindo o seu
movimento ao fim de um intervalo de tempo bem definido) em torno de uma posicao de
equilibrio. Nos relógios mecanicos de menores dimensoes o pendulo foi substituido por
uma massa ligada a uma mola, que tem um comportamento em tudo semelhante ao do
pendulo. E nos relogios electronicos substituido por um sistema tambem oscilante, mas
neste caso as oscilacoes sao de natureza electrica.
O circuito RLC (R designa uma resistencia, L uma indutancia e C um condensador) e o
circuito elétrico oscilante por excelencia. A sua simplicidade permite controlar facilmente
os parametros que caracterizam o seu funcionamento, o que o torna ainda um excelente
candidato para a simulacao de outros sistemas oscilantes (por exemplo mecanicos, em que
o controlo de cada parametros do sistema pode ser mais dificil). E extensivamente utilizado
como elemento de filtragem em diferentes circuitos eletrônicos.

Como sabemos, num circuito paralelo a tensão é a mesma em todos os elementos, na Fig01 temos um circuito RLC paralelo e o diagrama fasorial com a representação das três correntes e da tensão total (V) com fase inicial arbitraria igual a zero.

Fig01: Circuito RLC paralelo e diagrama fasorial

4.2) Circuito LC

CIRCUITO LC

Vamos analisar um circuito LC, como ilustrado na fig. 11.5. Suponhamos que inicialmente o capacitor encontra-se carregado com um potencial V. No momento que o indutor é ligado, uma corrente surge no circuito, através da qual a energia acumulada no capacitor, ½CV2, passa a se transferir para o indutor.
O processo atinge um ponto máximo quando toda a energia do capacitor tiver sido transferida para o indutor. A partir desse momento, a energia acumulada no indutor passa a se transferir para o capacitor, através do surgimento de uma corrente contrária à corrente inicial. Resulta daí que a corrente é nula quando a carga no capacitor for máxima, e a corrente será máxima quando a carga no capacitor for nula.
Este circuito apresenta um comportamento, em termos de variação de energia, análogo ao apresentado pelo conjunto massa-mola, na ausência de qualquer tipo de atrito. Neste caso, energia potencial acumulada na mola é transformada em energia cinética da massa, e vice-versa.
Um resistor no circuito da fig. 11.5 exerce o mesmo papel que o atrito no sistema massa-mola. Através do efeito Joule, parte da energia transferida do capacitor para o indutor (e vice-versa) será consumida no resistor.

Os circuitos LC se comportam como ressonadores eletrônicos, sendo um

componente chave em muitas aplicacões, tais como osciladores, filtros e misturadores de frequência.
Um circuito LC consiste de um indutor e um capacitor. A corrente elétrica irá alternar entre ele a uma frequência angular de





onde


L é a indutância
C é a capacitância .
ω é a frequência angular

Um circuito LC é um modelo idealizado, visto que ele assume que não há dissipação de energia devido à resistência elétrica.

4.1) Carga e descarga de um capacitor

Capacitor

O capacitor é constituído de duas placas condutoras separadas por umisolante (dielétrico) e tem a propriedade de armazenar energia elétrica.











capacitor recebe o nome do isolante colocado entre suas placas. Dentre os diversos tipos de capacitores tem-se os seguintes tipos: capacitor de poliéster, de cerâmica, eletrolítico, de mica, a óleo, etc.
A carga armazenada no capacitor é a carga de uma de suas placas. Sendo a carga elétrica num capacitor igual a 2 coulombs, significa que há uma carga negativa de --2 coulombs em uma das placas e uma carga positiva de +2 coulombs na outra placa. Há excesso de elétrons em uma das placas e falta e elétrons na outra placa.


A capacitância é a capacidade do capacitor de armazenar carga elétrica e é medida em farads (F).Um capacitor tem uma capacitância de um FARAD quando armazena uma carga elétrica de um COULOMB e sendo a tensão entre as suas placas de um VOLT. 1 farad = 1 coulomb / 1volt

capacitância de um capacitor depende diretamente da área de uma das placas, do tipo do dielétrico e depende inversamente da espessura do dielétrico (distância entre as placas)

Símbolos utilizados para o capacitor

Carga do Capacitor

Assim que a chave for fechada, o positivo da bateria retira elétrons da placa A e o negativo da bateria manda elétrons para a placa B. Assim que a tensão entre as placas do capacitor se torna igual à tensão da bateria não haverá corrente no circuito devido a que tensão do capacitor se opõe à tensão da bateria. Só terá corrente no circuito durante a carga do capacitor

Tensão de ruptura:

Quando aplicamos a um capacitor uma tensão acima da tensão de ruptura, elétrons “saltam” de uma placa para outra. Neste caso, o capacitor poderá ser danificado. Quanto maior a distância entre as placas do capacitor maior será a tensão de ruptura. A tensão máxima que se pode aplicar a um capacitor (tensão nominal), sem que haja a ruptura, vem indicada em seu corpo (invólucro). A figura abaixo mostra um capacitor eletrolítico de 100uF com uma tensão nominal de 16 volts.

3) 3.3) Associação de capacitores em série e paralelo.

A associação em paralelo é ilustrada na Figura abaixo, para o caso de dois capacitores. O que caracteriza esse tipo de associação é a igualdade de potencial entre as placas dos capacitores. Na ilustração, as placas superiores estão com o mesmo potencial, dado pelo pólo positivo da baterial. Da mesma forma, as placas inferiores estão com o mesmo potencial negativo. Portanto, as diferenças de potencial são iguais, i.e., V1=V2=V.

Capacitância equivalente de uma associação em paralelo

Pela equação , obtém-se :
Q1 = C1V (5.7a) Q2 = C2V (5.7b)

A carga, Q, fornecida pela bateria, é distribuída entre os capacitores, na proporção de suas capacidades. Assim, Q=Q1+Q2. Substituindo (5.7a) e (5.7b), tem-se:
Q = (C1+C2)VPortanto, Ceq = C1+C2

No caso mais geral, com ‘n’ capacitores,

No caso da associação em série (Figura abaixo), é fácil concluir que são iguais as cargas acumuladas nas placas de todos os capacitores. Então, se as cargas são iguais, mas as capacitâncias são diferentes, então os potenciais também serão diferentes. Portanto,

Portanto:

Capacitância equivalente de uma associação em série:

3) 3.2) Tipos de Capacitadores

O capacitor de cerâmica consiste de um tubo ou disco de cerâmica de constante dielétrica na faixa de 10 a 10.000. Uma fina camada de prata é aplicada a cada lado do dielétrico. Este tipo de capacitor é caracterizado por baixas perdas, pequeno tamanho e uma conhecida característica de variação de capacitância com a temperatura.
O capacitor de papel consiste de folhas de alumínio e papel kraft (normalmente impregnado com graxa ou resina) enroladas e moldadas formando uma peça compacta. Os capacitores de papel são disponíveis na faixa de 0,0005 a aproximadamente 2 .
O capacitor de filme plastico é bastante similar ao capacitor de papel, na sua forma construtiva. Dielétricos de filme plástico, com poliéster ou polietileno, separam folhas metálicas usadas como placas. O capacitor é enrolado e encapsulado em plástico ou metal.
O capacitor de mica consiste de um conjunto de placas dielétricas de mica alternadas por folhas metálicas condutoras. O conjunto é então encapsulado em um molde de resina fenólica.
O capacitor de vidro é caracterizado por camadas alternadas de folhas de alumínio e tiras de vidros, agrupadas até que seja obtida a estrutura do capacitor desejado. A construção é então fundida em um bloco monolítico com a mesma composição do vidro usado como dielétrico.
O capacitor eletrolítico consiste de duas placas separadas por um eletrólito e um dielétrico. Este tipo de capacitor possui altos valores de capacitância, na faixa de aproximadamente 1 até milhares de . As correntes de fuga são geralmente maiores do que aos demais tipos de capacitores.
Os capacitores variáveis geralmente utilizam o ar como dielétrico e possuem um conjunto de placas móveis que se encaixam num conjunto de placas fixas. Outro tipo de capacitor variável é o trimmer ou padder, formado por duas ou mais placas separadas por um dielétrico de mica. Um parafuso é montado de forma que ao apertá-lo, as placas são comprimidas contra o dielétrico reduzindo sua espessura e, consequentemente, aumentando a capacitância.
Os valores de capacitância podem ser estampados no capacitor ou indicados por código de cores, como já apresentados para o resistor, entretanto as faixas podem ter significados diferentes. A forma utilizada para capacitores tubulares de papel é indicada na Figura 2. As três primeiras faixas determinam a capacitância em picofarads. A quarta faixa define a tolerância com o verde, branco, preto, laranja e amarelo, respectivamente significando 5, 10, 20, 30 e 40 . A tensão de operação é obtida multiplicando-se a quinta faixa (e possivelmente a sexta) por 100.

3) 3.1) Capacidade Eletrostática:

A energia elétrica pode ser armazenada e isso se faz através do armazenamento de cargas elétricas. Essas cargas podem ser armazenadas em objetos condutores. A capacidade desses objetos de armazenar cargas elétricas é o que define a sua capacidade eletrostática.Considere um objeto condutor carregado com certa quantidade de carga Q. Isso faz com que o mesmo possua um potencial V. O que é observado experimentalmente é que, se nós dividirmos a quantidade de carga no condutor pelo potencial adquirido, teremos sempre o mesmo resultado. Ou seja, se dobrarmos a quantidade de carga para 2Q, o potencial irá para 2V, pois assim continuaremos obtendo o mesmo resultado. Podemos concluir, então, que a carga armazenada e o respectivo potencial no condutor são proporcionais.O resultado da divisão da quantidade de carga pelo potencial adquirido pelo condutor é definido como capacidade eletrostática. Sua unidade no Sistema Internacional é o Coulomb por volt que também conhecida como farad (F).

Figura 1:

A capacidade eletrostática depende de dois fatores: o formato do condutor e o meio onde ele está imerso. Para exemplificar, vamos considerar um condutor de forma esférica. Para esse condutor em particular, temos a sua capacidade eletrostática dada pela seguinte equação matemática.

Figura 2:

R é o raio do condutor e k é a constante eletrostática do meio. Observe que quanto maior for o raio do condutor, maior será a sua capacidade eletrostática. De maneira simples, quando alteramos a forma de um condutor em particular, alteramos uma grandeza que traduz a capacidade desse condutor em armazenar cargas elétricas.

2) Aparelhos onde os capacitores estão presentes:

Os capaciotres estão presentes em flashes das máquinas fotográficas, ventiladores e muitos outros aparelhos eletro-eletrônicos do nosso dia-a-dia.

1) Esquema Explicativo do Funcionamento do Capacitor!

Os capacitores são feitos com dois condutores, chamados de armaduras, entre os quais ocorre indução total de cargas por parte de um deles que esteja eletrizado. As armaduras estão sempre separadas por substâncias dielétricas ou isolantes (ar, água pura, óleo). Um capacitor funciona da seguinte forma: um dos condutores, previamente carregado com certa quantidade de cargas, induz a mesma quantidade, com sinal de carga sinal, no outro condutor. Com elas, se cria um circuito elétrico através de um fio que as una ou se ligadas à Terra, fazendo com que a carga induzida se escoe. A outra placa se recarrega e repete o ciclo. A carga de um capacitor é aquela da armadura positiva, enquanto que a carga total é nula. Também se observa a formação de um campo elétrico entre as armaduras quando o capacitor está em funcionamento. Por isso se diz que as superfícies da nuvem funcionam como armaduras de um capacitor.