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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


Capacitor conectados aos terminais de uma bateria

A quantidade de carga transferida na bateria é Q = CV


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.


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


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



Capacitores conectados em série


Capacitores conectados em paralelo


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.


Capacitor cilíndrico


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)


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)


Capacitância de um condensador cilíndrico


Cabo coaxial

Fishbane, Gasiorowicz, Thorton. Physics (1996)

Cabo coaxial


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


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)


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?


Capacímetro eletrônico

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


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)


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