Capacitância

Prof. Dr. José Pedro Donoso

Universidade de São Paulo

Instituto de Física de São Carlos - IFSC

Agradescimentos

O docente da disciplina, Jose Pedro Donoso, gostaria de expressar o seu

agradecimento as editoras LTC (Livros Técnicos e Científicos), Pearson Education

e AMGH. Parte das figuras utilizadas nos slides foram obtidas dos livros textos

”Fisica” de Tipler & Mosca, “Fundamentos de Física” de Halliday, Resnick e

Walker e “Física III” de Young & Freedman, “Física para Universitários” de Bauer,

Westfal e Dias, através do acesso ao material de apoio para os professores

facilitados por essas editoras.

Capacitores

Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Capacitores : alguns são usados para armazenar energia e outros para filtrar frequências indesejadas

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Capacitor conectados aos terminais de uma bateria

A quantidade de carga transferida na bateria é Q = CV

Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

Capacitor de placas paralelas

As cargas das superfícies internas das placas têm o mesmo valor absoluto q

e sinais opostos. Na região central, o campo elétrico produzido pelas placas

é uniforme. Nas bordas, o campo não é uniforme.

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Linhas de campo elétrico entre as placas de um capa citor de placas paralelas

Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

Circuito formado por uma bateria, uma chave e as placas de um capacitor

Unidade de capacitância no SI: farad

1 F = 1 coulomb por volt = 1 C/V

Valores típicos: pF = 10-12 F

Michel Faraday (1791 – 1867)

Serway, Physics (4th edition, 1996)

Uma das figuras mais importante na compreensão do

eletromagnetismo. Ele explorou a relação entre eletricidade e

magnetismo numa série de cuidadosas experiências

realizadas na Royal Institution (Londres).

Em 1831, ao ler a respeito do trabalho de

Oersted, descubriu que a mudança do

magnetismo perto de um fio produz uma

corrente. Suas descobertas foram

reconhecidas pela comunidade científica

com o uso de seu nome para a unidade de

capacitância e para a constante de Faraday.

Símbolos usados para representar elementos de um ci rcuito

Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Capacitores conectados em série

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Capacitores conectados em paralelo

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Capacitor variável

Capacitor usado em circuitos de sintonia de aparelhos de rádio. As placas semi-circulares giram em relação as placas fixas, variando a área entre as placas

Time & Life, Máquinas e Invenções. Coleção Ciência e Natureza (Abril, 1997)

Detecção das ondas de rádio

A antena captura as ondas de uma rádio emissora. A frequência da estação é

sintonizada girando o controle que está ligado ao capacitor variável. Somente os

sinais da frequência portadora dessa emissora serão amplificados.

Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

Capacitor cilíndrico

Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

Capacitor com um dielétrico

(a) Se a diferença de potencial entre as placas de um capacitor e mantida por uma bateria B, oefeito do dielétrico é aumentar a carga das placas.

Se a carga das placas é mantida, o efeito do dielétrico é reduzir a diferença de potencial entre as placas.

(b) O voltímetro mede a diferença de potencial entre as placas do capacitor

Efeito de um dielétrico num capacitor

(a) Com uma dada carga, a diferença de potencial medida é V0

(b) Com a mesma carga e um dielétrico entre as placas, e diferença de

potencial é V menor que V0

Young e Freedman, Sears Zemansky Física 3 (Pearson 2004)

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Capacitor eletrolítico

Variação da capacitância em teclados. Uma placa metálica presa a tecla atua

como a placa superior de um capacitor. Ao pressionar-la, diminuímos a

separação entre as placas aumentando a capacitância , e o circuito eletrônico

do computador reconhece a tecla.

Cutnell & Johnson, Physics (3rd edition. Wiley 1995)Tipler & Mosca, Física, volume 2 (6a edição, LTC, 2009)

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Capacitância de um condensador cilíndrico

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Cabo coaxial

Fishbane, Gasiorowicz, Thorton. Physics (1996)

Cabo coaxial

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Banco de capacitores para armazenamento de energia

Young & Freedman, Sears & Zemansky Física III (Pearson, 2009)

Aplicação: marcapassos

Marcapasso (pacemaker) implantado num

paciente com um nódulo sinoatrial. Essa parte

do coração é a que gera o sinal elétrico que

estimula as batidas do coração. Para

compensar, o marcapasso envia um pulso

elétrico ao coração através de um eletrodo, a

fim de manter as batidas regulares. Este

dispositivo incorpora circuitos onde um

capacitor é carregado e descarregado,

alternadamente

Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)

Desfibrilador (DAE)Aparelho projetado para aplicar uma descarga no coração de

uma pessoa que está com fibrilação ventricular

O DAE fornece um pulso de corrente elétrica que estimula o coração a bater

normalmente. O operador fixa os eletrodos no peito da pessoa que sofre o ataque e

pressiona o botão de dar início. Se o DAE determinar que a pessoa está de fato

sofrendo um ataque cardíaco, o operador pressionará o pulso elétrico. O DAE fornece

150 J de energia elétrica ao paciente. O capacitor é de ~ 100 µF (∆V ≈ 1700 V).

Banco de capacitores: National Ignition Facility (EUA)

Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)

Um laser é alimentado

por 192 módulos, cada

qual formado por 20

capacitores de 300 µF

ligados em paralelo e

carregados sob uma

diferença de potencial de

24 kV. Qual a energia

armazenada?

Tipler & Mosca, Fisica (LTC, 2009) ©2008 by W.H. Freeman and Company

Capacímetro eletrônico

Explosões de nuvens de póDepósitos de grãos, minas de carvão, moinhos de trigo e industrias que lidam com pós

Halliday, Resnick e Walker, Fundamentos de Física (8ª ed., LTC, 2009)

Referências bibliográficas

Tipler & Mosca. Física para cientistas e engenheiros. Volume 2 (Editora LTC)

4a edição (2000), 5a edição (2006) ou 6a edição (2009)

Halliday, Resnick & Walker. Fundamentos da Física (LTC, 8a ed. 2009, 9a ed. 2012)

Halliday, Resnick & Krane. Física 3 (LTC, 5a ed. 2004))

Young & Freedman, Sears Zemansky Física III (Pearson, 10a ed 2003, 12a ed 2008)

Serway e Jewett. Princípios de Física, vol. 3: Eletromagnetismo (Cengage, 2004)

Bauer, Westfall. Dias, Física para universitários: Eletricidade e Magnetismo (AMGH, 2012)