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MecatrónicaLATAM

CAPACITOR

O QUE É UM CAPACITOR?

O capacitor ou condensador é um componente passivo que é capaz de armazenar energia na forma de um campo elétrico. Este campo é o resultado de uma separação da carga elétrica. É formado por um par de superfícies condutoras, geralmente de folhas ou placas que são separadas por um material dielétrico ou por vácuo. As placas submetidas a um potencial diferencial adquirem certa carga elétrica (positiva em uma delas e negativa na outra), sendo a variação da carga total igual a zero. Um capacitor é um dispositivo de dois terminais e pode ter polaridade em seus terminais.

Quando uma fonte de tensão é conectada ao capacitor, uma carga positiva + q é depositada em uma placa e uma carga negativa –q na outra, dessa maneira o capacitor armazena a carga elétrica. A carga armazenada é representada pelo fato de ser diretamente proporcional à tensão aplicada entre as placas por uma constante que indica a capacidade de armazenar energia na forma de um campo elétrico e depende do material dielétrico.

+q-q V+- +++ +++ ---

Isso pode ser expresso matematicamente como:

q = CV

Onde:

  • q é a carga armazenada [Coulomb].
  • C é a capacitância do capacitor [Farad].
  • V é a tensão aplicada ao capacitor [Volt].

Capacitância é a relação entre a carga elétrica em uma placa de um capacitor e a diferença de tensão entre as duas placas, seu valor depende das dimensões físicas do capacitor e da permissividade do material dielétrico com o qual é construído.

Para um capacitor de placa de condutor paralelo, a capacitância é expressa por:

C =
ε A /
d

Donde:

  • A é a área da superfície de cada placa.
  • d é a distância entre as placas.
  • ε é a permissividade do material dielétrico entre as placas.

O valor da capacitância pode aumentar em três fatores:

  1. Maior área de superfície das placas.
  2. Menos espaçamento entre placas.
  3. Melhor permissividade do material isolante (dielétrico).

O material dielétrico é um isolante que aumenta a capacitância como resultado de dipolos elétricos permanentes ou induzidos no material. Estritamente falando, a corrente contínua (CC) não flui através de um capacitor, ao invés disso as cargas se movem de um lado do capacitor através do circuito condutor para o outro lado, o que estabelece o campo elétrico. O deslocamento da carga é chamado de corrente de deslocamento porque a corrente parece fluir momentaneamente através do dispositivo.


RELAÇÃO TENSÃO-CORRENTE DO CAPACITOR

A relação tensão-corrente do capacitor é definida como:

V(t) =
1 /
C
t 0 idt =
q(t) /
C

Em que q (t) é a quantidade acumulada de carga medida coulumbs e C é a capacitância em farads medida (F = coulombs / volt).

“A tensão em um capacitor não pode mudar abruptamente.”

Para diferenciar esta equação, você pode relacionar a corrente de deslocamento à taxa de mudança de tensão:

I(t) = C
dV /
dt

A capacitância é uma propriedade do material dielétrico e da geometria e separação das placas. Os valores dos capacitores típicos variam de 1 pF a 1000uF. Como a tensão através de um capacitor é a integral da corrente de deslocamento, a tensão não pode mudar instantaneamente. Esta característica pode ser utilizada para fins de sincronização, em circuitos eléctricos como um simples circuito RC.

Em questões experimentais, o capacitor é capaz de armazenar a energia elétrica que recebe durante o período de carga, a mesma energia que produz mais tarde durante o período de descarga.


POTÊNCIA DO CAPACITOR

A potência instantânea fornecida ao capacitor é:

P = VI = CV
dV /
dt

A energia armazenada no capacitor é:

W = t -∞ Pdt

V(-∞)=0, desde que o capacitor foi baixado em t=-∞. A equação da energia resulta:

W =
1 /
2
C V2

Com base na equação de carga armazenada no capacitor, a equação de energia no capacitor pode ser reformulada como:

W =
q2
/
2C

Qualquer uma das duas equações acima pode ser usada para encontrar a energia armazenada no capacitor. Essa energia pode ser recuperada, pois um capacitor ideal não pode dissipar energia.


SÍMBOLO DO CAPACITOR

A forma de um capacitor é retangular, quadrada, circular, cilíndrica ou esférica. Como diferentes tipos de capacitores estão disponíveis, existem símbolos diferentes disponíveis para representá-los que são mostrados abaixo.

Capacitor não polarizado Capacitor não polarizado Capacitor variável Capacitor ajustável Capacitor polarizado sensível a temperatura + U Capacitor polarizado sensível a tensão + Capacitor passante Capacitor de estator dividido Capacitor electrolítico + Capacitor electrolítico +

Assim como os resistores elétricos, os capacitores também podem ser do tipo fixo ou variável, a simbologia destes é apresentada na figura a seguir:

Capacitor fixo Capacitor variável

VALORES DO CAPACITORES

Teóricamente los capacitores adoptan cualquier valor como las resistencias eléctricas pero, en el mercado solo se adoptan ciertos valores que normalmente van en el rango de los picoFarad a los microFarad, así como el material aislante con el que están construidos como cerámica. Tal como las resistencias eléctricas, los capacitores también pueden ser tipo fijo o variable, la simbología de éstos se presenta en la siguiente figura:

C R

“Um capacitor não ideal possui um modelo com resistência a vazamentos em paralelo, que pode ser de até 100Mohm e ser desprezado nas aplicações mais práticas.”


TIPOS DE CAPACITORES

Os principais tipos de capacitores comerciais são capacitores eletrolíticos, capacitores de tântalo, discos cerâmicos e capacitores mylar . Os capacitores eletrolíticos são polarizados, o que significa que eles têm um final positivo e um negativo. O lado positivo de um capacitor polarizado deve ser mantido em uma tensão mais alta que o lado negativo caso contrário, o dispositivo geralmente será danificado .


DIELÉTRICO DE UM CAPACITOR ELÉTRICO

O dielétrico age como um material isolante entre as placas. O dielétrico pode ser qualquer material não condutor, como cerâmica, papel encerado, mica, plástico ou alguma forma de gel líquido.

O dielétrico também desempenha um papel importante na decisão do valor da capacitância. Quando o dielétrico é introduzido entre as placas do capacitor, seu valor aumenta.

Os diferentes materiais dielétricos terão constantes dielétricas diferentes, no entanto, este valor é > 1.

A tabela a seguir mostra o valor da constante dielétrica para cada material dielétrico

Tabela dielétrica
Material Constante
dielétrica
(K)
Vazio 1
Ar
(1 atm)
1.00059
Ar
(100 atm)
1.0548
Teflon 2.1
Polietileno 2.25
Benzeno 2.28
Mica 5.4 a 8.0

O dielétrico pode ser de dois tipos

  1. Dielétricos polares: estes dielétricos terão movimento dielétrico permanente.
  2. Dielétricos não polares Estes terão um momento dielétrico temporário. Ao colocá-los em um campo elétrico, eles podem ser induzidos com momentos dipolos.

Nota: Considere que nenhum dielétrico é um isolador perfeito porque eles têm corrente de fuga.


CLASSIFICAÇÃO DE VOLTAGEM DE UM CAPACITOR

Não tem tensão até que o capacitor seja carregado, à tensão máxima na qual o capacitor pode operar com segurança. Essa voltagem é chamada de voltagem de trabalho (WV) ou tensão de trabalho DC (DC-WV).

Se o capacitor for aplicado a uma tensão maior que essa tensão, ele pode ser danificado produzindo um arco entre as placas devido à quebra do dielétrico.

Ao projetar circuitos com capacitores, deve-se tomar cuidado para que a capacitância do capacitor seja maior que a voltagem usada no circuito. Por exemplo, se a tensão de operação do circuito é de 12 V, então é necessário escolher um capacitor com uma tensão nominal de 12 V ou superior.

Essa tensão de trabalho de um capacitor depende de fatores como o material dielétrico usado entre as placas do capacitor, a espessura dielétrica e também o tipo de circuito usado.


CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GERAIS

  • Capacidade nominal: É o valor teórico esperado no final do processo de fabricação. É marcado no corpo do componente por meio de um código de cor ou diretamente com seu valor numérico.
  • Tolerância: Diferença entre desvios, capacidade, maior ou menor dependendo do fabricante.
  • Tensão nominal: É a voltagem que o capacitor pode suportar de forma contínua sem sofrer deterioração.

POR QUE SÃO CAPACITORES IMPORTANTES?

Os capacitores têm muitas propriedades como:

  1. Eles podem armazenar energia e dissipar essa energia para o circuito quando necessário.
  2. Eles podem bloquear DC e permitir que a CA flua através dela, e isso pode acoplar uma parte do circuito com a outra.
  3. Circuitos com capacitores dependem da frequência, então eles podem ser usados ara amplificar certas frequências.
  4. Permite altas frequências e pode ser usado como filtro para filtrar baixas frequências ou para captar altas frequências.
  5. Como a reatância e a frequência do capacitor são inversamente relacionadas, isso pode ser usado para aumentar ou diminuir a impedância do circuito para uma determinada frequência e pode ser usado como um filtro.

Da mesma forma, o capacitor exibe muitas propriedades quando usado em circuitos CA ou CC e, portanto, desempenha um papel importante em circuitos elétricos e eletrônicos.