Laboratório de Física

Experimento 04: Capacitor de Placas Paralelas

Disciplina: Laboratório de Física Experimental II

Professor: ______________________________________ Turma: _____ Data: ___/___/20___

Alunos (nomes completos e em ordem alfabética):

1: _____________________________________________________________________________

2: _____________________________________________________________________________

3: _____________________________________________________________________________

4: _____________________________________________________________________________

5: _____________________________________________________________________________

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04 – Capacitor de Placas Paralelas

1.1. Objetivos➢ Determinar a constante dielétrica do ar e do papel através do gráfico

.

1.2. EquipamentosLista de equipamentos necessários para a realização do relatório

✔ Capacitor ajustável de placas paralelas;

✔ Capacímetro digital;

✔ folhas de papel Chamex recortadas em retângulos de ¼ de folha.

2. ApresentaçãoUm capacitor consiste basicamente de duas peças metálicas isoladas espacialmente.A forma e distribuição espacial destas placas mudam de acordo com as intenções docapacitor, possuindo geralmente formas geométricas simples como placas paralelas,cilíndricas e esféricas, além de outras formas menos simétricas como uma fração dedisco, muito utilizadas em capacitores variáveis, Figura 1.

Um capacitor, independente do tipo, tem como função básica armazenar energiaelétrica no campo gerado pelo acúmulo de cargas em suas placas. A razão entre estacarga nas placas e a tensão necessária para deslocá-las é definida como capacitância:

(1)

a qual depende exclusivamente de características geométricas do capacitor, como aárea das placas, separação entre elas, forma e o material dielétrico empregado comoisolante. Para o capacitor de placas paralelas, sua capacitância pode ser facilmentedemonstrada como:

Figura 1: Capacitores comerciais: (a) Capacitor Variável; (b) Capacitores Eletrolíti-cos; (c) Capacitores de Placas Paralelas.

(a) (b)

(c)

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(2)

onde,

→ permissividade elétrica do vácuo;

→ área das placas;

→ distância entre as placas;

→ a contante dielétrica do meio.

Neste experimento será explorado

Os valores das constantes dielétricas para o ar e o papel são apresentados na Tabela1.

3. ExperimentoNeste experimento será empregado um capacitor de placas paralelas como o ilustradona Figura 2, composto de duas placas metálicas circulares, sendo uma móvel e outrafixada ao corpo do equipamento.

Aproveitando que o equipamento ainda não foi ligado, com o auxílio de um paquíme-tro, meça o diâmetro da placa móvel:

: __________±__________ (mm)

Antes de sua execução, proceda com a calibração a seguir.

3.1. Cuidados com o CapacímetroDurante todo o experimento nunca permita que os terminais do Capacímetro entremem curto, pois isto pode danificar o equipamento.

3.2. Calibração do CapacímetroAntes de iniciar o experimento, execute o processo de calibração a seguir:

● Inicialmente monte o capacitor de placas paralelas com a placa móvel o maisdistante possível da placa fixa e de preferência ortogonal a esta, como ilustrado

Figura 2: Capacitor de Placas Paralelas Cidepe

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na Figura 3;

● Coloque o capacímetro na escala de e em seguida o conecte aos termi-nais metálicos, traseiros das placas do capacitor;

● Em seguida gire o botão de ajuste, indicado na Figura 3, para zera a capa-citância medida no capacímetro;

● Feito isto, posicione a placa móvel sobre a base do capacitor, Figura 4, e desco - necte o capacímetro um dos terminais do capacímetro;

● Em seguida mova a placa móvel até está encostar na placa fixa;

● Neste momento verifique se o traço na placa móvel encontra com o zero na es-cala milimetrada, fixada à base do capacitor;

● Caso estes não estejam alinhados, ajuste sua posição liberando o parafuso naparte inferior do capacitor, ou chame o seu professor;

● Após isto separe as placas e reconecte o terminal do capacímetro.

Com isso, o experimento está pronto para iniciar.

Figura 3: Capacitor de Placas Paralelas

Figura 4:Montagem Experimental para realiza-ção da medida.

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3.3. Ar como DielétricoNeste primeiro experimento será medida a capacitância em função da separação en-tre as placas utilizando como dielétrico o ar.

✗ Inicialmente posicione a placa móvel na posição e religue o capacíme-tro;

✗ Em seguida mova a placa móvel, afastando da fixa, em intervalos de epreencha a Tabela 1, abaixo.

# #

1 ___________ ___________ 6 ___________ ___________

2 ___________ ___________ 7 ___________ ___________

3 ___________ ___________ 8 ___________ ___________

4 ___________ ___________ 9 ___________ ___________

5 ___________ ___________ 10 ___________ ___________

Tabela 1: Capacitância em função da separação das placas para dielétrico Ar.

3.4. Papel como DielétricoNeste segundo experimento será feito o mesmo tipo de medida anterior, no entanto,neste momento será empregado papel como dielétrico para o capacitor.

✗ Inicialmente separe as folhas em grupos de vinte folhas;

✗ Em seguida coloque o primeiro grupo de folhas de papel entre as placas do ca-pacitor. Segure as placas com a mão e pressione uma contra a outra,comprimento as folhas entre elas, Figura 5-a. (ATENÇÃO: Não pressione asplacas pela base do Capacitor);

✗ Fixe a base móvel pelo parafuso de fixação, se existir. Em seguida retire as mãodas placas, Figura 5-b, e se afaste do equipamento para realizar a medida.Aguarde até que o capacímetro estabilize para fazer a leitura, preenchendo osdados na Tabela 2;

# #

1 ___________ ___________ 6 ___________ ___________

2 ___________ ___________ 7 ___________ ___________

3 ___________ ___________ 8 ___________ ___________

4 ___________ ___________ 9 ___________ ___________

5 ___________ ___________ 10 ___________ ___________

Tabela 2: Capacitância em função da separação das placas para dielétrico Papel.

✗ A seguir adicione mais um grupo de folhas e repita o procedimento. Aquantidade de folhas pode ser ajustado para se conseguir uma separaçãodesejada, se achar conveniente.

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Obs: a capacitância medida é muito sensível a proximidade de outros corpos às placasdo capacitor. Por isto mantenha-se afastado do experimento durante as medidas.

4. Resultados: Capacitor de Placas ParalelasComplete a Tabela 3 com os coeficientes , em , calculados a partir das

medidas da Tabela 1.

# [ ] # [ ]

1 ___________ ___________ 6 ___________ ___________

2 ___________ ___________ 7 ___________ ___________

3 ___________ ___________ 8 ___________ ___________

4 ___________ ___________ 9 ___________ ___________

5 ___________ ___________ 10 ___________ ___________

Tabela 3: Capacitor de Placas Paralelas com Ar

Repita o processo para a Tabela 4, com os coeficientes calculados a partir das medidasda Tabela 2.

# [ ] # [ ]

1 ___________ ___________ 6 ___________ ___________

2 ___________ ___________ 7 ___________ ___________

3 ___________ ___________ 8 ___________ ___________

4 ___________ ___________ 9 ___________ ___________

5 ___________ ___________ 10 ___________ ___________

Tabela 4: Capacitor de Placas Paralelas com Papel

A capacitância da equação (2) pode ser escrita na forma

(3)

que, se chamado o termo entre colchetes de , podemos escrever a equação (3) naforma de uma equação de uma reta

(4)

Figura 5: Operação do Capacitor de Placas Paralelas(a) (b)

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onde , a constante dielétrica, é a inclinação desta reta em um gráfico .

Em seguida faça os gráficos com estes pontos nas páginas milime-

tradas a seguir. As constantes dielétricas devem ser determinadas através dosgráficos e, em seguida, copiados para a Tabela 5, abaixo.

Ar _____________ _____________ _____________

Papel _____________ _____________ _____________

Tabela 5: Comparação entre as constantes dielétricas

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Figura 6: Capacitor de Placas Paralelas com Ar

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Figura 7: Capacitor de Placas Paralelas com Papel

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5. Experimento 04 – Capacitor de Placas ParalelasProfessor: ______________________________________ Turma: _____ Data: ___/___/20___

Alunos:

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2: _____________________________________________________________________________

3: _____________________________________________________________________________

4: _____________________________________________________________________________

5: _____________________________________________________________________________

5.1. Dados ExperimentaisCopie os dados das tabelas anteriores para as tabelas a seguir. Contantes Dielétricasde diferentes meios

Meio Vácuo Ar Papel Água ( )

1,00000 1,00054 3,5 78,5

Tabela 1: Constantes dielétricas de diferentes meios.

Diâmetro da placa móvel:

: __________±__________ (mm)

Medidas da Capacitância em função da distância das placas com o ar como dielétrico:

# #

1 ___________ ___________ 6 ___________ ___________

2 ___________ ___________ 7 ___________ ___________

3 ___________ ___________ 8 ___________ ___________

4 ___________ ___________ 9 ___________ ___________

5 ___________ ___________ 10 ___________ ___________

Tabela 2: Capacitância em função da separação das placas para dielétrico Ar.

Capacitância pela separação das placas, com o papel como dielétrico.

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# #

1 ___________ ___________ 6 ___________ ___________

2 ___________ ___________ 7 ___________ ___________

3 ___________ ___________ 8 ___________ ___________

4 ___________ ___________ 9 ___________ ___________

5 ___________ ___________ 10 ___________ ___________

Tabela 3: Capacitância em função da separação das placas para dielétrico Papel.

6. Equações e Expressões RelevantesNesta seção, são apresentados as expressões, equações e definições necessárias para odesenvolvimento do experimento. O Formulário aponta as equações e definições essenciais parao desenvolvimento das expressões na Composição, enquanto que este último apresenta asexpressões finais, geralmente, para a resolução do problema apresentado no experimento.

6.1. Formulário

(5)

Capacitância de um capacitor de Placas Paralelas.

Para os cálculos utilize o , em pico.

6.2. Composição

(6)

Capacitância de um capacitor de placas paralelas circulares, de diâmetro ;

(7)

equação de ajuste a uma reta para a equação (6), onde b deve ser próximo de zero.

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