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Capacitncia A capacitncia pode ser definida como sendo a propriedade que alguns componentes ou dispositivos tm de armazenar cargas eltricas.Essa capacitncia produz em um circuito eltrico alguns efeitos muitos interessantes. Normalmente, a maioria dos componentes possuem alguma capacitncia ou efeito capacitivo, que pode ser, dependendo do caso, benficos ou malficos ao circuito onde o componente opera.A capacitncia, cujo smbolo a letra C, medida em Farad ( F ).Vamos estudar agora, um dos componentes cuja principal funo introduzir uma capacitncia nos circuitos eletrnicos : O capacitor .

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Capacitores O capacitor construdo basicamente de duas placas metlicas chamadas armaduras, separadas por um isolante chamado dieltrico. Observe o desenho:

Quando submetemos o capacitor a uma diferena de potencial, uma armadura fica "rica" em cargas negativas, enquanto a outra fica "rica" em cargas positivas, acumulando assim uma certa quantidade dessa carga.

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CapacitoresObservao: Quanto maior a rea das placas, maior a capacitncia. Quanto menor a distncia entre as placas, maior a capacitncia. O valor da capacitncia depende do meio que se encontra entre as placas.

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Capacitores Os smbolos dos capacitores so apresentados na figura:

A figura (a) representa os capacitores de valores fixos, a (b) oscapacitores onde a placa representada pela curva deve ter um potencial menor, e a (c) os capacitores cujo valor da capacitncia pode ser varivel.

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CapacitoresDa mesma maneira que os resistores, os capacitores podem ser de vrios tipos de materiais, tais como:

- Capacitores cermicos- Capacitores de polister metalizado- Capacitores stiroflex- Capacitores eletrolticos- Capacitores de tntalo, etc.ELETRNICA BSICA

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Capacitores Os capacitores cermicos e stiroflex so muito utilizados em circuitos de elevada frequncia, pois apresentam melhor desempenho que os demais nessa rea. Normalmente possuem baixa tenso deisolao.Os capacitores de polister so empregados em uso geral.Os capacitores eletrolticos e de tntalo so capacitores polarizados de elevada capacitncia (acima de 1F), muito empregados em circuitos de cc e udio de baixa frequncia.

Exemplo de como especificar um capacitor :- Capacitor fixo de polister metalizado, de 100 nF , 20% , 250V.ELETRNICA BSICA

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CapacitoresComo os resistores, os capacitores tambm apresentam o cdigo de cores. Mas os capacitores, alm dos valores e tolerncia, apresentam uma faixa que representa a tenso de ruptura do capacitor.ELETRNICA BSICA

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CapacitoresELETRNICA BSICA

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CapacitoresAs informaes, tambm, podem vir escritas no corpo do capacitor, como mostra a figura a seguir:ELETRNICA BSICA

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CapacitoresTal como os resistores, os capacitores podem ser associados em srie, paralelo e associao mista.Associao paralelo:

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CapacitoresA figura (a) apresenta uma associao paralela de capacitores ligados a uma fonte de tenso V. Devido fonte, aparecer nos capacitores desta associao uma diferena de potencial. Por Kirchhoff pode-se escrever que:

V = V1 = V2 = V3 = ... = Vn

A carga em cada capacitor ser proporcional ao valor das capacitncias dos capacitores, visto que a diferena da potencial da fonte a mesma, para qualquer capacitor da associao paralela. E a carga total armazenada desta associao (QT) ser igual soma das cargas em cada capacitor da associao.Assim, pode-se escrever:

QT = Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn

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CapacitoresPode-se calcular o valor de um capacitor que equivale esta associao, ou seja, o valor do capacitor equivalente de uma associao em paralelo (Cp). Sabe-se que em um capacitor a carga igual ao produto da capacitncia pela tenso no capacitor:

Q = C . V

Assim:QT = C1 . V1 + C2 . V2 + C3 . V3 + ... + Cn . Vn

Sendo as tenses iguais, tem-Se:

QT = C1 . V + C2 . V + C3 . V + ... + Cn . V

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CapacitoresAssim:

QT / V = C1 + C2 + C3 + ... + Cn

Nota-se que o quociente da carga pela tenso a capacitncia; ento a capacitncia equivalente de uma associao paralela Cp ser:

Cp = C1 + C2 + C3 + ... + Cn

Observe que o clculo de uma capacitncia equivalente de umaassociao paralela feito de modo semelhante ao clculo de uma resistncia equivalente de uma associao srie de resistores. Ento, o valor da capacitncia equivalente de uma associao paralelo sempre maior que a maior capacitncia da associao.

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CapacitoresAssociao em srie :Na associao em srie, a capacitncia total igual soma das suas inversas, ou seja :Ct = 1 / ( 1/ C1 + 1/ C2 + 1/ C3 + . . . + 1/ Cn )A tenso de isolao da associao ser igual soma das tenses de isolao de cada capacitor.Notar que a associao de capacitores assemelha-se associao de resistores, porm de forma que a associao dos capacitores em srie corresponde dos resistores em paralelo, e a associao dos capacitores em paralelo dos resistores em srie.

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CapacitoresAssociao srieO circuito da figura abaixo apresenta uma associao srie de capacitores.

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CapacitoresNa figura (a) vemos uma associao srie de capacitores ligados auma fonte de tenso V. Devido fonte, aparecer nos capacitores destaassociao uma diferena de potencial. Por Kirchhoff pode-se escrever que:

V = V1 + V2 + V3 + ... +Vn

A carga em cada capacitor ser igual carga dos demais, visto que opotencial positivo da fonte atrair uma carga do capacitor C1, na placa ligada fonte, e uma carga negativa na outra placa do capacitor, de mesma intensidade. Esta carga atrair uma carga positiva da placa do capacitor C2, que est ligada ao capacitor C1, gerando uma carga negativa de mesma intensidade outra placa de C2, que assim far em C3 e nos outros capacitores at Cn, sendo que na placa do capacitor Cn ligada fonte ter uma carga negativa igual aos demais capacitores da associao. Assim pode-se escrever:

Q1 = Q2 = Q3 = ... = Qn

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CapacitoresPode-se calcular o valor de um capacitor que equivale a esta associao, ou seja, o valor do capacitor equivalente de uma associao srie (Cs).A carga do capacitor equivalente Cs (Q) ser igual carga dos capacitores da associao:

Q = Q1 = Q2 = Q3 = ... = Qn

Sabe-se que em um capacitor a carga igual ao produto da capacitncia pela tenso no capacitor:

Q = C . V

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CapacitoresAssim:

Sendo suas cargas iguais:

Ento:

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CapacitoresNota-se que o quociente da tenso pela carga o inverso da capacitncia, ento a capacitncia equivalente de uma associao srie Cs, ser:

Rearranjando-se, temos:

Observe que o clculo de uma capacitncia equivalente de uma associao srie feito de modo semelhante ao clculo de uma resistncia equivalente de uma associao paralela de resistores. Ento, todos os casos particulares de uma associao paralela de resistores podem ser aplicados associao srie de capacitores. E o valor da capacitncia equivalente de uma associao srie sempre menor que a menor capacitncia da associao.ELETRNICA BSICA

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CapacitoresExemplos:

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Capacitores Os capacitores ao serem ligados a uma fonte de corrente contnua, carregam-se com cargas eltricas atingindo nveis de tenso que podem se igualar tenso da fonte. O nvel dessa tenso que ficar no capacitor, depende de sua capacitncia, da resistncia ligada no circuito e o tempo que o capacitor ficar ligado na fonte. Ou seja, em um circuito com um resistor e capacitor, quanto maior for a resistncia, mais tempo demorar a carregar o capacitor. Da mesma maneira que, quanto menor a resistncia, menos tempo demorar a carregar o capacitor. Esse circuito chamado de circuito RC (R de resistncia e C de capacitncia, ou resistor e capacitor). Nesse circuito existe uma constante de tempo conhecida como (l-se TAU), que o produto de R x C onde:R = valor medido em OhmsC = valor medido em Farad = resultado dado em segundos

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ELETRNICA BSICA - Capacitores - CargaA constante de tempo (TAU),corresponde ao tempo necessrio para que a tenso no capacitor atinja 63,2% da tenso da fonte na carga. Na figura abaixo, mostramos uma tabela e grfico de carga do capacitor, baseado na constante de tempo .

Onde: Vc = tenso no capacitorVo = tenso da fontet = tempo de carga em segundos

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Capacitores CargaNa prtica, consideramos que para um tempo de 5. o capacitor encontra-se totalmente carregado. Observamos pelo grfico que nos primeiros instantes de carga, o capacitor j atinja um bom percentual da tenso total, e a medida que o tempo passa a carga se torna mais lenta at a totalizao. Conclumos ento que no incio de carga existe uma corrente eltrica alta circulando pelo capacitor que vai diminuindo medida que o capacitor vai carregando, at que no exista mais uma diferena de potencial entre o capacitor e a fonte, cessando assim acorrente de carga. Devido a essa caracterstica, podemos afirmar que o capacitor inicialmente descarregado, comporta-se como um curto-circuito (pela corrente alta) e aps a carga total, comporta-se como um circuito aberto (por no circular mais corrente).

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Capacitores CargaExemplo: Observe a figura abaixo:

Partindo com o capacitor descarregado, se ligarmos a chave Ch-1, circular uma corrente pelo circuito que ir carregar o capacitor C.Pergunta: Qual o tempo que o capacitor atingir a carga total?

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Capacitores Carga Carga total = 5.Se = R.CCarga total = 5.R.C 5. 100000(). 0,0001(F)Carga total = 50 segundos

Portanto, a chave Ch-1 deve permanecer ligada no mnimo 50 segundos, para que o capacitor atinja a carga total independente da tenso da fonte. Se desejarmos calcular a carga do capacitor em tempos inferiores a 5., devemos utilizar a seguinte equao:

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Capacitores CargaOnde: Vc = tenso no capacitorVo = tenso da fontee = constante (base) = 2,72t = tempo de carga em segundosR = resistncia em OhmC = capacitncia em Farad

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Capacitores CargaExemplo:Se no circuito da figura anterior mantivssemos a chave Ch-1 fechada por apenas 25 segundos, qual seria a tenso da carga armazenada no capacitor?Observe que acionamos a chave pela metade do tempo (25s) e a tensono capacitor passou de 90%.

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Capacitores Descarga A constante de tempo , corresponde ao tempo necessrio para que a tenso no capacitor atinja 36,8% da tenso da fonte na descarga. Na figura a seguir, mostramos uma tabela e grfico de descarga do capacitor, baseado na constante de tempo .

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Capacitores DescargaOnde: Vc = tenso no capacitor (final)Vo = tenso inicial (adquirido na fonte)t = tempo de descarga em segundos

Na prtica, consideramos que para um tempo de 5. o capacitor encontrase totalmente descarregado.

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Capacitores DescargaConsideremos agora que o capacitor do circuito da figura a seguir apresenta-se carregado.

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Capacitores DescargaDescarga total = 5.Se = R.CDescarga total = 5.R.C 5. 100000(). 0,0001(F)Descarga total = 50 segundos

Portanto a chave Ch-1 deve permanecer ligada no mnimo 50 segundos, para que o capacitor atinja a descarga total independente da tenso da fonte. importante observar que o tempo de descarga o mesmo que o de carga, ou seja, de 5..

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Capacitores DescargaSe desejarmos calcular a descarga do capacitor em tempos inferiores a 5., devemos utilizar a seguinte equao:

Onde: Vc = tenso no capacitor finalVo = tenso inicial do capacitore = constante (base) = 2,72t = tempo de descarga em segundosR = resistncia em OhmC = capacitncia em Farad

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Capacitores Exerccios1. Determine as constantes de tempo para as seguintes combinaes, conforme exemplo:Basta multiplicar um pelo outro, observando os mltiplos e submltiplos, resultando em tempo em segundos, mili segundos, etc..

a) 2,2F e 470k - = R (em ) . C (em Farad) = 2,2 x 10-6F . 470 x 103 = 1034ms (1,03s)b) 330nF e 2M7c) 2pF e 56kd) 470F e 1M5e) 100F e 100kf) 10nF e 220k

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Capacitores Exerccios2. Dado o circuito abaixo, e considerando o capacitor inicialmente descarregado, determine qual ser a tenso final no capacitor se fecharmos a chave durante 2s. Circuito de carga.

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Capacitores Exerccios3. Dado o circuito abaixo, e considerando o capacitor carregado, determine qual ser a tenso final no capacitor se fecharmos a chave durante 0,04s. Circuito de descarga.