21 julho 2010

Capacitores

Capacitores
Capacitores

Capacitância Elétrica de um Condutor

É um valor característico de um dado corpo e avaliado pela razão entre seu potencial e sua carga. É constante em cada meio onde o corpo for colocado.

Embora o meio natural de exprimir a capacitância devesse ser Coulomb por volt, ela é na prática expressa em Farads (F). Sendo um Farad igual à capacitância elétrica de um condutor que com carga de 1 Coulomb é carregado até à tensão de 1 Volt.

Características

A capacitância elétrica de um condutor:

→ independe da carga do condutor;
→ independe do potencial elétrico do condutor;
→ depende da forma geométrica do condutor, de suas dimensões e da natureza do isolante que envolve o condutor.


Capacitores

Analisando individualmente, os condutores não tem grande capacidade de armazenar cargas elétricas, pois adquirem potenciais elevados. O campo elétrico também é alto e o condutor se descarrega facilmente. Nestas circunstâncias, um condutor isolado deveria ter dimensões muito grandes, o que não seria prático. Existem porém dispositivos de altas capacitâncias elétricas, mas de dimensões bem reduzidas, denominados capacitores ou condensadores. Capacitor é o conjunto de dois condutores separados por um dielétrico e uma pequena distância relativamente às suas dimensões, utilizado para se obter altas capacitâncias utilizando um espaço pequeno. O princípio de funcionamento do capacitor é o fato de que ocorre uma diminuição no potencial de um condutor quando dele é aproximado outro condutor neutro ou com carga de sinal oposto. Como a carga do condutor não se modificou, a diminuição do potencial se deve a um aumento da capacitância.

Capacitor Plano


A capacitância de um capacitor plano é diretamente proporcional à área das placas e inversamente proporcional a espessura do dielétrico (distância entre as placas). A capacitância de um capacitor também pode ser definida como a quantidade de cargas elétricas que é necessário transportar de uma placa para outra para criar uma diferença de potencial de um volt entre as placas.

Carga Elétrica num Capacitor

Antes de aplicar ao capacitor uma tensão elétrica, ambas as placas apresentam uma mesma quantidade de cargas elétricas positivas e negativas. Ao aplicar uma tensão contínua, uma das placas do capacitor estará ligada ao pólo positivo e a outra ao pólo negativo. Como diferença de potencial é sinônimo de quantidade de cargas desiguais de elétrons, no instante da ligação os elétrons devem ir ao sentido da placa negativa, e uma mesma quantidade de elétrons deve sair da placa positiva. Como existe uma camada isolante entre as placas condutoras não é possível a formação de um circuito fechado, isto é, os elétrons não podem atravessar o capacitor. Portanto os elétrons que chegam a uma das placas não são os mesmos que saem da outra. Uma corrente na qual acontece apenas um deslocamento de elétrons, denomina-se corrente de carga ou corrente de deslocamento. A corrente de carga flui apenas brevemente, isto é, apenas enquanto os elétrons forem deslocados. Quando a carga estiver terminada, o capacitor tem a mesma tensão nos terminais
que a rede. Esta tensão também permanece quando a tensão de rede aplicada é desligada.

Entre as placas existe um estado que é designado como campo elétrico. A carga elétrica Q é diretamente proporcional à corrente de carga I e ao tempo de carga t.

Processo de Carga de um Capacitor

Se ligarmos um capacitor aos terminais de um gerador de corrente contínua, cada placa metálica contém bilhões de elétrons que se movem livremente por toda a placa. Colocando-se em funcionamento o gerador de corrente contínua com a polaridade indicada, os elétrons serão transportados do pólo negativo da fonte até a placa negativa do capacitor. Da mesma forma, elétrons sairão da placa positiva do capacitor em direção ao pólo positivo da fonte, até que a diferença de potencial entre as placas seja igual à diferença de potencial do gerador sem carga. A quantidade de eletricidade transportada será proporcional a esta diferença de potencial. Assim, a tensão e a carga do capacitor em função do tempo têm característica exponencial.

Processo de Descarga de um Capacitor

Se depois de carregado o capacitor abrirmos o circuito, os extremos das placas do capacitor permanece igual à d.d.p. da bateria, mas com o decorrer do tempo vai diminuindo até anular-se, pois mesmo com os terminais abertos o capacitor irá descarregar. Isto se deve ao fato de que os materiais que constituem o dielétrico não são isolantes perfeitos, e uma corrente de fraca intensidade chamada corrente de fuga circula através do dielétrico: quando o número de elétrons for igual ao número de cargas positivas em cada placa, a d.d.p. será nula, e o capacitor estará descarregado.

Constante Dielétrica

Por definição, a constante dielétrica K de uma substância é a razão entre a capacitância de um capacitor CK cujo dielétrico é constituído pela substância considerada, e a capacitância de um capacitor CO cujo dielétrico é o ar.

Rigidez Dielétrica

A tensão máxima que se pode aplicar ao dielétrico é conhecida como tensão de prova, de ensaio ou disruptiva. A rigidez dielétrica expressa a máxima tensão que uma placa isolante de 1 mm de espessura pode suportar, sem provocar a descarga destrutiva.

Associação de Capacitores

Associação Série

A ddp (VS) entre os extremos da associação é igual à soma das ddp dos capacitores associados. O inverso da capacitância equivalente é igual à soma dos inversos das capacitâncias dos capacitores associados.

Associação Paralelo

A ddp (Vp) entre os extremos desta associação é igual à ddp dos capacitores. A capacitância equivalente é igual à soma das capacitâncias associadas.

Constante de Tempo de um Capacitor

A constante de tempo capacitiva representa o tempo necessário para que a tensão no capacitor atinja 63,21% da tensão da fonte aplicada sobre ele. Isto se deve ao fato do capacitor se carregar exponencialmente. Dizemos que a constante de tempo de um capacitor é igual a RC .

Código de Cores para Capacitores

O código de cores para capacitores segue os mesmo valores que os dados para resistores, mas sua interpretação é feita da seguinte forma:

1° cor = número significativo;
2° cor = número significativo;
3° cor = fator de multiplicação;
4° cor = tolerância; Branco 10% e Preto 20%
5° cor = tensão máxima; Vermelho 250 volts; Amarelo 400 volts.

Tipos de Capacitores

Os capacitores dividem-se em dois tipos principias: fixos e ajustáveis. Nos fixos, o valor da capacitância é constante para cada capacitor, e nos ajustáveis a capacitância é ajustável. A figura abaixo apresenta diversos tipos e modelos de capacitores e a seguir é feita uma descrição sumária dos capacitores usuais.

Capacitores Fixos

Capacitores de Papel

Coloca-se uma folha de papel parafinado de 15/1000 de mm de espessura entre duas folhas de alumínio ou de estanho de 7/1000 de mm. O conjunto é enrolado em forma de cilindro ou paralelepípedo, de maneira a realizar, em pequeno espaço, uma grande superfície de placa, e colocado dentro de um recipiente isolado. Para evitar a ação da umidade, depois de pronto o capacitor ele é impregnado de cera e verniz. A tensão de
perfuração é de 300 a 500 volts. As capacitâncias variam de 0,001 a 1 microfarad.

Capacitores de Metal-Papel (MP)

Possuem placas com fina camada metálica (zinco) que é depositada sobre o papel. No caso de uma perfuração no capacitor, o arco que se produz evapora a fina camada metálica nas proximidades do local da
perfuração, impedindo, assim, a ocorrência de um curto-circuito. Esta auto-separação se dá em cerca de 10-5 segundos. Ela consome apenas uma parte da energia armazenada no capacitor e por isso não exerce influência danosa sobre o circuito externo. As perdas da superfície metálica depois de uma perfuração são tão pequenas que a perda de capacitância provocada por elas não é sensível, nem mesmo no caso de muitas perfurações.

Capacitores de Metal-Laca (ML)

São constituídos de uma placa de alumínio revestida em ambos os lados com uma fina camada de laca (verniz), que é o dielétrico. Sobre os dois filmes de laca deposita-se, ao vácuo, uma fina camada de zinco. A folha pronta de metal-laca apresenta todos os elementos necessários de um capacitor. Propriedades: Do mesmo modo que nos capacitores MP ocorre a auto-reparação. O dielétrico, ao contrário do papel, é livre de poros e não é higroscópico. Graças a isto, os enrolamentos do capacitor não precisam ser preenchidos com um meio de impregnação. Os capacitores ML ocupam apenas 1/3 do volume ocupado pelos capacitores MP, pois o filme de laca possui uma espessura de apenas 0,003 mm.

Capacitores de Mica

O dielétrico é a mica, com espessura de 0,2 mm, recoberta com folhas metálicas. O conjunto é alojado de uma forma de baquelite ou matéria plástica prensada sob a forma de pastilha retangular. Estes capacitores são mais robustos que os de papel, embora mais caros. As capacitâncias usuais são de 0,0001 a 0,1 microfarad, e as tensões máximas de trabalho variam de 500 a 5000 Volts.

Capacitores de Plástico

Também são capacitores enrolados. O seu dielétrico é geralmente constituído de polistirol ou de stiroflex. As vantagens perante os capacitores de papel são um menor fator de perdas e a capacitância que permanece quase constante no caso de oscilação de temperatura.

Capacitores Cerâmicos

São fabricados em forma de placas, tubos e copos. Os revestimentos são constituídos de uma camada de prata, utilizando-se a cerâmica como dielétrico. Eles são fabricados com diversos coeficientes de temperatura, para que possam ser bem ajustados a qualquer ligação. O fator de perdas é muito pequeno.

Capacitores Eletrolíticos

São formados por duas placas de alumínio, uma das quais é recoberta por uma finíssima camada isolante de óxido, que é o dielétrico. Esta camada é obtida pela eletrólise, mergulhando-se as duas placas de alumínio em uma solução eletrolítica apropriada (citrato ou borato alcalino). A espessura da película deve ser de 2/1 000 de mm, a qual suporta uma tensão de 600 volts contínua. Aumentando a espessura da película a capacitância diminui rapidamente. Os capacitores eletrolíticos oferecem a possibilidade de obtenção de grandes capacitâncias com volume muito reduzido, 20 a 100 microfarads. São, entretanto, frágeis: submetidos a uma tensão superior à tensão de formação, o dielétrico será perfurado. São polarizados, isto é, só podem ser usados em corrente contínua ou pulsatória unidirecional, não sendo permitido inverter a polaridade, sob pena de destruição da película isolante pela eletrólise. As tensões de serviço variam entre 25 a 500 volts, no máximo. A sua capacitância se altera com o tempo, devido às elevadas perdas através do dielétrico.

Capacitores Fixos

Capacitores Variáveis tendo como dielétrico o ar São formados por duas séries de lâminas metálicas tendo a forma de setores circulares e encaixando-se umas nas outras. Uma das séries é móvel em torno de um eixo, e a outra é fixa. O dielétrico é o ar. Pela sua montagem, todas as lâminas fixas, e todas as móveis, constituem cada agrupamento uma placa. Se houver n lâminas móveis, haverá n + 1 lâminas fixas, e vê-se que, na realidade, existem 2n capacitores em paralelo.

Capacitores Semi-variáveis (trimmers)

São pequenos capacitores que podem ser ajustados por meio de um parafuso, variandose a distância entre as placas, e portanto a sua capacitância a. Os capacitores rotativos usados em telecomunicações apresentam com freqüência este tipo instalado fixamente, com a finalidade de correção.

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