Os capacitores são componentes fundamentais no campo da eletrônica e desempenham um papel crucial em vários circuitos eletrônicos. Entender os conceitos de capacitância e carga é essencial para qualquer pessoa que queira se aprofundar no campo da engenharia elétrica. Neste artigo, faremos uma breve introdução aos capacitores, explicaremos a capacitância e nos aprofundaremos na equação que governa seu comportamento.
O que é um capacitor
Um capacitor é um componente eletrônico passivo de dois terminais que armazena energia elétrica em um campo elétrico. A estrutura de um capacitor compreende duas placas condutoras, geralmente compostas de metal, que são posicionadas separadamente com um material dielétrico entre elas. Quando uma diferença de tensão é aplicada nos terminais de um capacitor, ele acumula carga em suas placas, criando um campo elétrico entre elas.
o que é capacitância
A capacitância é uma medida de quanta energia elétrica pode ser armazenada por unidade de tensão em um dispositivo ou componente. A unidade de capacitância é Farad.
o que é cobrança
A carga é descrita como a presença de energia elétrica. Seu símbolo é Q e sua unidade é Coulomb.
Trabalho de Capacitores
Quando uma tensão elétrica é introduzida nos terminais de um capacitor, o campo elétrico estabelecido entre as placas inicia o movimento dos elétrons. A placa negativa do capacitor torna-se um ponto de coleta de elétrons que se moveram do terminal negativo da fonte de tensão.
Simultaneamente, um número igual de elétrons deixa a placa positiva do capacitor e retorna ao terminal positivo da fonte de tensão.
Esse acúmulo e redistribuição de carga continuam até que o capacitor esteja totalmente carregado, ponto em que o fluxo de elétrons cessa, a carga armazenada em um capacitor pode ser determinada usando a equação:
Na equação dada, “Q” simboliza o cobrar acumulado dentro do capacitor , “C” denota o capacitância , e “V” representa a tensão aplicada no capacitor.
Esta equação mostra uma relação proporcional entre a capacitância e a tensão aplicada, mostrando que a quantidade de carga contida em um capacitor está diretamente relacionada a ambas as variáveis. Portanto, aumentar a capacitância ou a tensão resultará em um maior acúmulo de carga.
Capacitância de um capacitor de placas paralelas
A capacitância de um capacitor é determinada pela área da superfície das placas (A) e a distância de separação (d) entre elas, com ambos os fatores impactando sua capacitância geral. Quanto maior a área da placa, maior a capacitância, enquanto uma distância menor entre as placas leva a um aumento da capacitância. Essa relação é descrita pela equação:
Os capacitores possuem a capacidade de armazenar energia elétrica, sendo que a quantidade de energia armazenada (U) é diretamente proporcional ao quadrado da tensão aplicada (V) e à capacitância (C) do capacitor. A equação para a energia armazenada em um capacitor é dada por:
Conhecer a energia armazenada em um capacitor é vital para projetar circuitos, especialmente em aplicações onde a liberação de energia ou os requisitos de energia instantânea são importantes.
Capacitância de um Capacitor Esférico
Para calcular a capacitância de um capacitor esférico, você precisa conhecer o raio das esferas condutoras interna e externa. A forma do capacitor e a permissividade do material posicionado entre as esferas controlam a capacitância. A fórmula para calcular a capacitância de um capacitor esférico é:
Por outro lado, o símbolo “εᵣ” é utilizado para representar a permissividade relativa ou constante dielétrica do material localizado entre as esferas. Além disso, “r₁” denota o raio da esfera interna, enquanto “r₂” significa o raio da esfera externa.
Substituindo os valores do raio e da permissividade do material, você pode calcular a capacitância do capacitor esférico. Vale a pena notar que, se a esfera interna tiver um raio desprezível ou for considerada uma carga pontual, a fórmula da capacitância simplifica para:
Nesse caso, a capacitância é determinada apenas pelo raio da esfera externa e pela permissividade do material.
Capacitância de um capacitor cilíndrico
Para calcular a capacitância de um capacitor cilíndrico, você precisa saber o comprimento do capacitor (L), o raio do condutor interno (r₁) e o raio do condutor externo (r₂). A forma do capacitor e a permissividade do material posicionado entre as esferas controlam a capacitância. A fórmula para calcular a capacitância de um capacitor cilíndrico é:
Por outro lado, o símbolo “εᵣ” é utilizado para representar a permissividade relativa ou constante dielétrica do material localizado entre as esferas. Além disso, “r₁” denota o raio da esfera interna, enquanto “r₂” significa o raio da esfera externa.
Conclusão
Os capacitores são componentes cruciais quando se trata de eletrônica, permitindo o armazenamento de energia e a regulação de tensão. A capacitância, medida em farads (F), quantifica a capacidade de um capacitor de armazenar carga. É diretamente proporcional à carga armazenada (Q) e inversamente proporcional à tensão (V) nos terminais do capacitor.