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1º Ano Licenciatura em Física – 2018
Profª Agda E. Souza Albas
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Capacitor
• Dispositivo de circuito elétrico que tem como função armazenar cargas elétricas e, consequente, energia eletrostática ou elétrica.
Física do Capacitor
• Os formatos típicos consistem em dois eletrodos ou placas que armazenam cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante (ou dielétrico).
Tipos de Capacitores
• Placas e Eletrolíticos
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Evolução Histórica dos Capacitores
1745 1746
1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente
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1745 1746
1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente
1746: holandês Pieter von
Musschenbroek – trabalhou
independente (Universidade de Leyden, Holanda) e
nomeou o primeiro capacitor.
1745: alemão Ewald Georg von
Kleist – descobriu que poderia
armazenar cargas elétricas em uma
jarra com água.
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Garrafa de Leyden
Consistia de um frasco (jarra) de vidro com um gargalo estreito, parcialmente preenchida com água. Ela continha
um condutor eléctrico que atravessava uma rolha no gargalo e era imerso na
água.
Outras contribuições:
Benjamin Franklin: trocou a água e as mãos por folhas condutoras;
Alessandro Volta: chamou-a de “condensador” de cargas elétricas ;
Michael Faraday: incluiu o conceito de constante dielétrica. Seu nome é usado
como unidade de medida de capacitância .
1745 1746
1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente
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1745 1746
1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente
1876: Fitzgerald propôs um capacitor com
um dielétrico de papel saturado com cera
(capacitor eletrolítico)
Foi utilizado nos
rádios receptores
para filtragem da
fonte de
alimentação.
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1745 1746
1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente
1897: Charles Pollak patenteou um capacitor
eletrolítico de alumínio-bórax*.
Somente em 1936, a fábrica
Cornell-Dubilier Electric, de
Plainfield, NJ, introduziu
uma linha comercial de
capacitores eletrolíticos.
*Bórax = borato de sódio – Na2B4O7.10H2O
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1745 1746
1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente
Foram aplicados em
zonas de transmissão de
rádio (circuitos de
radiofrequência - RF).
1909: William Dubilier criou o capacitor com
mica*, como dielétrico.
*Mica = mineral do grupo dos filossilicatos – folhas de
silicato (Si2O5)
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1920: Fim da Grande Guerra impulsiona as
pesquisas sobre capacitores cerâmicos:
1926 Dióxido de titânio
TiO2
1941 Titanato de Bário
BaTiO3
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1950 Eletrolítico Papel-laca-
metal Bosch
1954 Filmes eletrolíticos
Metalização do polímero
Bell Labs
1957 Dupla camada BaTiO3
General Electric e Nippon
Electric (1978)
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1950: Iniciam-se as pesquisas sobre
capacitores poliméricos:
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1970 MLCC diversos materiais cerâmicos
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1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente
1970: Comercialização dos vários tipos de
capacitores:
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1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente
Cerâmicas dielétricas nanoestruturadas e vitrocerâmicas
MLCC cerâmicos
Filmes poliméricos*
Atualmente: Desafios para sanar problemas e
miniaturização dos dispositivos.
* Polipropileno: polímero termoplástico (> resistência química, < peso)
Poliestireno: polimerização do estireno (copos descartáveis brancos, isopor)
PVDF: fluoreto de polivinilidano (cristalino, > resistência química)
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Titanatos e Zirconatos (Pós e Filmes)
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• Estrutura Perovskita (ABX3)
• Titanatos e Zirconatos (óxidos perovskita ATiO3 ou AZrO3 )
• Íon A = Ba, Ca ou Sr
A Ti O
Cluster
cubo-octaedral
AO12
Cluster
octaédrico
TiO6
Oxigênios
compartilhados
no sítio cubo-
octaedral
/Zr
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A substituição parcial na rede, no sítio A ou B gera soluções sólidas.
Modifica as propriedades
Possuem comportamentos diferentes escala
nanométrica
CaTiO3
ou
CaZrO3
SrTiO3
ou
SrZrO3
BaTiO3
ou
BaZrO3
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Manômetro Válvula de
segurança
Fio de
aterramento Termopar
Autoclave
de Teflon
Controlador de tempo e
temperatura Parafusos
Preparação do pó cerâmico:
Método de Hidrotermalização assistida por micro-ondas
Cloretos (Ba, Ca e Sr)
Isopropóxido de Ti ou
oxicloreto de Zr
KOH ou NaOH
Água Deionizada
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Preparação dos filmes cerâmicos:
Preparação de Filmes espessos (Eletroforese)
Síntese do pó cerâmico (MAH)
Deposição de filme (EPD)
Controle do tamanho de
partícula
Caracterização elétrica.
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Preparação dos filmes compósitos:
Preparação de filmes flexíveis (PVDF-Titanato; PVDF-Zirconato)
PVDF com
10wt% de
BaTiO3
PVDF com
10wt% de
BaZrO3
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Perspectiva para pesquisa:
Preparação de filmes cerâmicos ultrafinos (Sputtering)
Desafio: Preparar alvos
cerâmicos de alta densidade.
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REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
Ho, J.; Jow, T.R.; Boggs, S. Historical Introduction to Capacitors Technology,
IEEE Electrical Insulation Magazine, 26, p. 20-25, 2010.