CAPITULO 8

Capacitores de Placas Planas Paralelas

Prof. Claudio Graca, Dep. Fısica UFSM

8.1 Objetivos

Medir a capacitancia de um capacitor de placas planas com diferentes espessuras de dieletrico.

Determinar experimentalmente a constante dieletrica de alguns materiais.

8.2 Materiais e Metodos

• Capacitores de Placas Paralelas com variacao da distancia entre placas;

• capacımetro digital;

• capacitor de placas paralelas giratorio;

• folhas de papel sulfite e policarbonato.

8.2.1 Introducao

Um capacitor e sempre construıdo com uma estrutura metalica que forma as placas com

formato plano, cilındrico ou espiralado, entre as quais e colocado um material isolante tambem

chamado de dieletrico. Os capacitores recebem um nome especifico de acordo com o dieletrico

com que sao construıdos: a) eletrolıticos; b) poliester; c) tantalo; d) papel; e)policarbonato; f)

polipropileno.

Para a completa caracterizacao de um capacitor, o fabricante deve estampar no mesmo as

seguintes caracterısticas:

• Capacitancia, que vem a ser relacao entre a carga e o potencial do capacitor: C = QV

A capacitancia e uma funcao das propriedades materiais do capacitor, area das placas (A),

distancia (d), entre as mesmas e permissividade eletrica do material (ε = kεo), onde εo e a

permissividade eletrica do vacuo e k a constante dieletrica, cujos valores estao apresentados na

tabela abaixo.

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C.O. GRACA Experimentos de Fısica: Eletricidade e Magnetismo

Figura 8.1: Capacitor de placas planas com dieletrico

Figura 8.2: Constante dieletrica e tensao de ruptura de varios materiais isolantes.

• Tensao maxima de trabalho ou tensao maxima de seguranca que e a tensao maxima que

pode ser aplicada entre as placas do capacitor com seguranca, indicada em cada capacitor co-

mercial. Esta tensao maxima e definida pelo maximo campo eletrico suportado pelo dieletrico,

tambem denominada tensao de ruptura do dieletrico, com valores conforme a Fig. 8.2.

Figura 8.3: Capacitor Eletrolitico, tensao maxima, capacitancia, temperatura maxima e polaridade.

• Classe de tolerancia nos valores de capacitancia e tensao maxima.

Os valores tanto da capacitancia como da tensao maxima de trabalho sao normalizados, portanto

quando uma dada capacitancia ou tensao e necessaria, e nao esta disponıvel, devem-se construir

associacoes em serie e ou em paralelo.

8.2.2 Capacımetro

O metodo de medida da capacitancia ideal ou seja, sem resistencia de fuga, e semelhante

a medida de resistencia. O capacımetro e constituıdo por uma instrumento de corrente contınua

como o da Fig. 8.4. A alimentacao de corrente alternada pode ser substituıda por um oscilador

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de frequencia variavel. Se a frequencia ”f”e a tensao forem constantes a corrente I que atravessa o

capacitor sera proporcional a sua capacitancia:

Cx =I

2πfV= kI

na qual k e a constante do instrumento; R a resistencia que limita a corrente e RV e um potenciometro

para definir a escala de medida.

Figura 8.4: Esquema de funcionamento de um capacımetro

8.3 Experimentos

8.3.1 Medida da Capacitancia em Funcao da Distancia entre placas

Utilizando o capacitor Cidepe, ou Pwywe variando a distancia d entre placas faca dez dife-

rentes medidas, sem dieletrico (aproximadamente utilizando o ar)

Figura 8.5: Capacitor de Placas Paralelas CIDEPE

8.3.2 Medida da Capacitancia como Funcao Angular

Utilizando um capacitor de placas paralelas como o da Fig. 8.6 levantar a curva da capa-

citancia em funcao do angulo de giro das placas.

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Figura 8.6: Capacitores Variaveis com funcao angular: (a) Capacitor para sintonia; (b)Trimmer

8.3.3 Construcao de um capacitor com Dieletrico

Nesta pratica se construira um capacitor de placas planas (retangular ou em forma de disco)

e outro de placas retangulares utilizando, ambos de alumınio, entre as quais serao colocadas de 1-7

folhas de isolante eletrico de espessura conhecida. A medida da capacitancia sera feita diretamente

com um capacımetro com escala em nF .

Relatorio

1. Apresente de forma grafica a capacitancia em funcao da distancia entre placas e determinando,

a partir do ajuste de dados experimentais, o valor da constante dieletrica.

2. Apresente e discuta os resultados das medidas de capacitancia dos capacitores de placas planas,

em funcao da espessura do isolante. forma grafica.

3. Obter, a partir da analise dos graficos, a permissividade eletrica dos isolantes utilizados e a

constante dieletrica.

4. Avaliar as tensoes maximas de trabalho que poderao ser aplicadas a esses capacitores, utilizando

dados da ruptura dieletrica do papel.

5. Apresentar de forma grafica a lei de variacao angular do capacitor giratorio.

6. Analisar as fontes de incertezas nos resultados, a partir da incerteza das medidas.

7. Construir em casa dois capacitores, utilizando folhas de alumınio, tipo folhas de uso domestico,

separadas por folhas de papel

8. Discuta depois de uma revisao bibliografica a utilidade pratica dos capacitores.

Bibliografia Fundamentos de Fısica, v. 3, Halliday & Resnick; Fısica, v. 3, Paul Tipler

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