Capacitores
Capacitores
Fundamentos sobre o Capacitor
Os Capacitores são dispositivos que armazenam energia elétrica em um campo elétrico.
Os Capacitores permitem um maior fluxo de corrente a medida que a frequência do sinal elétrico aumenta, se comportando como um circuito aberto na presença de uma corrente constante, ou corrente contínua. Para um sinal senoidal, a fase da corrente é adiantada de 90 graus em relação a tensão.
Nos circuitos elétricos o capacitor é representado pela letra C e é medido em Faraday (F). O Faraday é uma unidade muito grande, portanto, é muito comum usar submúltiplos para especificar a maioria dos capacitores utilizados em circuitos eletrônicos, como μF, nF e pF.
Um capacitor é formado por duas placas condutoras separadas por um material isolante, chamado dielétrico. A carga de um capacitor é criada pela acumulação ou depleção de elétrons livres em cada placa condutora, produzindo um campo elétrico no dielétrico, e, por consequência, produzindo um tensão elétrica entre as placas.
O símbolo do capacitor nos faz lembrar que a capacitância ocorre sempre que as placas condutoras estiverem separadas por um material dielétrico.
Entre outras aplicações, os capacitores são utilizados em circuitos eletrônicos para acoplamento CA, isolando o circuito de polarização dos circuitos alimentados por fontes CC, do sinal CA manipulado pelo circuito. Outra aplicação importante dos capacitores é para implementar filtros de sinal.
Carga elétrica, tensão e corrente sobre um capacitor
Uma carga elétrica (Q) sobre um capacitor, produz uma tensão (V) entre as placas, em função da capacitância (C), segundo a relação:
ou, isolando a carga elétrica:
A corrente elétrica é definida como a quantidade de carga elétrica por unidade de tempo. É expressa matematicamente como a derivada da carga elétrica no tempo:
ou seja, a corrente no capacitor é função da derivada da tensão no tempo, multiplicada pela capacitância.
A derivada indica que a corrente elétrica no capacitor é maior quanto maior for a variação da tensão. Desta forma, para uma tensão senoidal, quanto maior a frequência da onda, maior o fluxo da corrente em um capacitor. Para uma tensão constante, a corrente no capacitor é zero.
Fundamentos sobre o Circuito RC
Num circuito RC série, quando um degrau de tensão é aplicado, inicialmente toda tensão aparece toda sobre o resistor, pois o capacitor está descarregado e a tensão sobre ele é zero. A corrente inicial que fluirá no circuito será dada pela Lei de Ohm (I = V / R) e vai ser responsável por iniciar a carga do capacitor. A medida que o capacitor vai sendo carregado, a tensão sobre ele vai aumentando, diminuindo a tensão resultante sobre o resistor, segundo a Lei de Kirchhoff das Malhas, e, consequentemente, diminuindo também a corrente no circuito. Quanto o capacitor se carregar totalmente, a tensão de 5V estará toda sobre o capacitor e a corrente no circuito será reduzida a zero.
O processo de carga do capacitor segue uma curva que desacelera exponencialmente a medida que a tensão sobre o capacitor aumenta. A taxa de crescimento da carga do capacitor depende do produto RC, chamado de constante de tempo, dada em segundos, e é representado pela letra grega tau (τ). No tempo de uma constante de tempo o capacitor é carregado com 63% de sua carga. Em cinco constantes de tempo a carga do capacitor chega a 99.3%. O tempo da carga total tende ao infinito, entretanto, na prática, considera-se que em cinco constantes de tempo o capacitor está carregado.
Por exemplo, para um circuito com C = 47 μF e R = 100 KΩ, a constante de tempo calculada é de 4.7 segundos. Desta forma, a carga/descarga do capacitor, em cinco constantes de tempo, fica em cerca de 23,5 segundos.
Num circuito RC série, a tensão sobre o capacitor (VC), em função da tensão total aplicada no circuito (VT) é dada pela expressão:
Laboratório
Referências
Evandro.cantu (discussão) 13h53min de 10 de setembro de 2021 (-03)
