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A .L .2.2 CONDENSADOR PLANO

FÍSICA 12.ºANO

BREVE INTRODUÇÃO

Os condensadores têm inúmeras aplicações. Há condensadores de várias formas

e tamanhos e são estas características geométricas que determinam a sua

capacidade. Neste trabalho pretende-se verificar a dependência da capacidade

do condensador plano com as suas características geométricas e com o meio

dieléctrico entre as armaduras.

OBJECTIVOS

• Identificar um condensador como um componente de um circuito

eléctrico capaz de armazenar e restituir energia eléctrica quando inserido

num circuito.

• Relacionar a capacidade de um condensador plano com:

o a distância entre as armaduras;

o o dieléctrico.

TRABALHO LABORATORIAL

MATERIAL E EQUIPAMENTO (POR GRUPO)

• condensador plano com distância variável entre as

armaduras

• régua

• 1 folha de mica, 1 placa de material acrílico, 1 folha de papel

encerado (ou outros materiais que sirvam de dieléctrico)

• capacímetro (escala de 200 pF) ou multímetro com leitura de

capacidade em alternativa ao capacímetro.

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PROCEDIMENTOS

1. Montar o condensador de modo a que a distancia entre as placas possa

variar entre 3 mm e 160 mm. Ligar cada uma das placas aos terminais

do capacímetro (o condensador é carregado pelo próprio capacímetro).

2. Utilizando um capacímetro, medir valores da capacidade em função da

distância entre as armaduras.

3. A uma distância fixa entre as placa, fazer variar o tipo de material

colocado entre estas e medir os valores de capacidade obtidos.

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REGISTO E TRATAMENTO DE DADOS

VARIAÇÃO DA CAPACIDADE EM FUNÇÃO DA DISTÂNCIA

Capacidade (nF) Distância entre as armaduras (cm)

0.009 10

0.010 10

0.011 10

0.011 8

0.012 8

0.012 6

0.013 6

0.014 4

0.015 4

0.020 2

0.021 2

Fazendo as médias para o mesmo valor de distância, e convertendo a unidades

SI, obtemos os seguintes dados:

Capacidade (F) Distância entre as armaduras (m) !!   !!!

1.00E-11 0.1 10

1.15E-11 0.080 12.5

1.25E-11 0.060 16.67

1.45E-11 0.040 25

2.05E-11 0.020 50

Teoricamente sabemos que a capacidade varia com a distancia entre as placas,

a sua área e a permitividade eléctrica do meio, de acordo com a expressão

! = !!!

Assim, para obter um gráfico linear, pode relacionar-se a capacidade com o

inverso da distância

! = !"1!⇔ ! = !

1!

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com ! = !".

Para determinar a permitividade do ar basta fazer

! = !!

Conseguimos assim determinar a permissividade do ar:

! =3×10!!"

!×0,10!= 9,55×10!!"CN!!m!!

(r=10cm)

VARIAÇÃO DA CAPACIDADE EM FUNÇÃO DO DIELÉCTRICO

Capacidade (nF) Dieléctrico

0.086 Livro

0.085 Livro

0.022 Ar

0.023 Ar

y = 3E-13x + 8E-12 R² = 0.9922

0.0E+00

5.0E-12

1.0E-11

1.5E-11

2.0E-11

2.5E-11

0 10 20 30 40 50 60

Cap

acid

ade

(F)

1/d (m-1)

Capacidade em função do inverso da distância

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DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

A realização desta actividade experimental permitiu, numa primeira fase,

determinar o valor da permissividade do ar (! = 9,55×10!!"CN!!m!!). Este valor

apresenta-se na mesma ordem de grandeza do valor apresentado no manual,

! = 8,8595×10!!"CN!!m!! , e é relativamente próximo. O facto de a regressão

linear não cruzar a origem é indicador de um factor de erro, uma vez que não

era de esperar um valor zero de ordenada na origem.

A segunda parte permitiu-nos verificar que o dieléctrico influencia bastante os

valores de capacidade e de forma directamente proporcional. Assim, uma vez

que com o dieléctrico “livro” obtivemos maiores valores de capacidade para a

mesma área e mesma distância, pode afirmar-se que este dieléctrico têm uma

maior permissividade.

CONSIDERAÇÕES

1. O condensador pode ser improvisado com duas placas circulares revestidas

com papel de alumínio, com o diâmetro aproximado de 20 cm. Como

suporte, utilizar dois tubos de material isolante, colados a cada uma das

placas e a uma base também isolante. A medição da distância entre as

placas é simplificada se as placas puderem ser montadas num banco de

óptica com escala milimétrica. É preferível que o banco de óptica seja de

material plástico, para evitar os efeitos de “cargas imagem”.

2. O espaço entre as armaduras deve estar completamente preenchido com o

dieléctrico em estudo porque, caso contrário, medir-se-á dois dieléctricos: o

ar e o dieléctrico em estudo.

3. Nem todos os tipos de capacímetros têm precisão suficiente para este

trabalho. Alternativamente, poderá ser utilizado um electrómetro

(voltímetro de muito elevada resistência interna, pelo menos na ordem de

1G Ω). Neste caso, é necessário carregar o condensador com uma pilha ou

fonte de tensão e medir a diferença de potencial entre as armaduras com o

electrómetro. A experiência não deve ser realizada em dias húmidos.

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BIBLIOGRAFIA

Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais, C., & Paixão, J. A. (2009). 12 F - Física - 12.º

ano. Lisboa: Texto Editores, Lda.

Fiolhais, M., & al., e. (2004). Programa de Física, 12º ano. Ministério da

Educação.