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Introdução aos capacitores

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o capacitor é um componente que tem a capacidade ou “capacidade” de armazenar energia na forma de uma carga elétrica produzindo uma diferença potencial (tensão estática) em suas placas, muito como uma bateria recarregável pequena.

existem muitos tipos diferentes de capacitores disponíveis a partir de esferas muito pequenas capacitores usados em circuitos de ressonância para grandes capacitores de correção de fator de potência, mas todos eles fazem a mesma coisa, eles armazenam carga.,na sua forma básica, um condensador é constituído por duas ou mais placas condutoras paralelas (metálicas) que não se ligam nem se tocam, mas que são electricamente separadas pelo ar ou por qualquer forma de um bom material isolante, como papel encerado, mica, cerâmica, plástico ou qualquer forma de um gel líquido utilizado em condensadores electrolíticos. A camada isolante entre placas de condensadores é comumente chamada de dielétrica.,

Um Típico Capacitor

Devido a esta camada isolante, DC corrente não pode fluir através do capacitor como blocos, permitindo que, em vez de uma tensão de estar presente entre as placas na forma de uma carga elétrica.as placas metálicas condutoras de um condensador podem ser quadradas, circulares ou retangulares, ou podem ser de forma cilíndrica ou esférica, com a forma geral, tamanho e construção de um condensador de placa paralela, dependendo de sua aplicação e tensão.,quando usado em um circuito de corrente contínua ou corrente contínua, um capacitor carrega até sua tensão de alimentação, mas bloqueia o fluxo de corrente através dele porque o dielétrico de um capacitor é não-condutor e basicamente um isolador. No entanto, quando um capacitor é conectado a uma corrente alternada ou circuito de CA, o fluxo da corrente parece passar diretamente através do capacitor com pouca ou nenhuma resistência.

Existem dois tipos de carga elétrica, uma carga positiva na forma de Prótons e uma carga negativa na forma de Elétrons., Quando uma tensão de corrente contínua é colocada através de um condensador, a carga positiva (+ve) acumula-se rapidamente numa placa enquanto uma carga negativa correspondente e oposta (- ve) acumula-se na outra placa. Para cada partícula de carga de + ve que chega a uma placa uma carga do mesmo sinal irá sair da placa-ve.em seguida, as placas permanecem neutras em carga e uma diferença potencial devido a esta carga é estabelecida entre as duas placas., Uma vez que o capacitor atinge seu estado estacionário uma corrente elétrica é incapaz de fluir através do próprio capacitor e em torno do circuito devido às propriedades isolantes do dielétrico usado para separar as placas.

O fluxo de elétrons para as placas é conhecido como a corrente de carregamento dos condensadores que continua a fluir até que a tensão entre ambas as placas (e, portanto, o capacitor) é igual à tensão Vc aplicada. Neste ponto, diz-se que o capacitor está “totalmente carregado” com elétrons.,

a intensidade ou taxa desta corrente de carga é no seu valor máximo quando as placas são totalmente descarregadas (condição inicial) e lentamente reduz-se em valor para zero à medida que as placas carregam até uma diferença potencial entre as placas dos condensadores igual à tensão de fonte.

a quantidade de diferença potencial presente em todo o capacitor depende de quanta carga foi depositada nas placas pelo trabalho que está sendo feito pela tensão de fonte e também pela Quanta capacitância o capacitor tem e isso é ilustrado abaixo.,

o condensador de placa paralela é a forma mais simples de condensador. Pode ser construído usando duas placas de metal ou de folha metalizada a uma distância paralela uma à outra, com seu valor capacitância em Farads, sendo fixado pela área de superfície das placas condutoras e a distância de separação entre elas. Alterando quaisquer dois desses valores altera o valor de sua capacitância e isso forma a base de operação dos capacitores variáveis.,

Também, porque os capacitores armazenam a energia dos elétrons na forma de uma carga elétrica nas placas maiores, as placas e/ou menor a sua separação, maior será a carga que o capacitor se mantém para qualquer tensão entre suas placas. Em outras palavras, placas maiores, menor distância, mais capacitância.,

Ao se aplicar uma tensão de um capacitor, e medir a carga nas placas, a proporção entre a carga Q para a tensão V vai dar o valor de capacitância do capacitor e, portanto, é dada como: C = Q/V esta equação também pode ser re-organizadas para dar familiar fórmula para a quantidade de carga nas placas como: Q = C x V

Apesar de ter dito que a carga armazenada nas placas do capacitor, é mais exato dizer que a energia dentro de carga é armazenada em um “campo eletrostático” entre as duas placas., Quando uma corrente elétrica flui para o capacitor, ela carrega para cima, de modo que o campo eletrostático se torna muito mais forte, pois armazena mais energia entre as placas.da mesma forma, à medida que a corrente flui para fora do capacitor, descarregando-o, a diferença potencial entre as duas placas diminui e o campo eletrostático diminui à medida que a energia se move para fora das placas.

a propriedade de um capacitor para armazenar carga em suas placas na forma de um campo eletrostático é chamada de capacitância do capacitor., Não só isso, mas capacitância é também a propriedade de um capacitor que resiste à mudança de tensão através dele.

A Capacitância de um Capacitor

Capacitância é a propriedade elétrica de um capacitor e é a medida de um capacitores de capacidade para armazenar uma carga elétrica em suas duas placas com a unidade de capacitância sendo o Farad (abreviadamente F) nomeado após o físico Britânico Michael Faraday.

Capacitância é definida como sendo um capacitor tem a capacitância de Um Farad quando uma carga de um Coulomb é armazenada nas placas por uma tensão de Um volt., Note que capacitância, C é sempre positivo em valor e não tem unidades negativas. No entanto, o Farad é uma unidade de medida muito grande para usar por si só, de modo que sub-múltiplos do Farad são geralmente usados como micro-farads, nano-farads e pico-farads, por exemplo.

Padrão de Unidades de Capacitância

Capacitância de um Capacitor de placas Paralelas

A capacitância de um capacitor de placas paralelas é proporcional à área, Um na metres2 da menor das duas placas e inversamente proporcional à distância ou separação, d (i.e., a espessura dieléctrica) dada em metros entre estas duas placas condutoras.

a equação generalizada para a capacitância de um capacitor de placa paralela é dada como: c = ε(A/d), onde ε representa a permitividade absoluta do material dielétrico a ser usado. A constante dielétrica, eo também conhecida como a” permissividade do espaço livre ” tem o valor da constante 8,84 x 10-12 Farads por metro.,

Para tornar a matemática um pouco mais fácil, esta constante dielétrica do espaço livre, eo, que pode ser escrito como: 1/(4π x 9×109), também pode ter a unidades de picofarads (pF) por metro como a constante de dar: 8.84 para o valor de espaço livre. Note though that the resulting capacitance value will be in picofarads and not in farads.geralmente, as placas condutoras de um capacitor são separadas por algum tipo de material isolante ou gel ao invés de um vácuo perfeito., Ao calcular a capacitância de um capacitor, podemos considerar a permitividade do ar, e especialmente do ar seco, como sendo o mesmo valor que um vácuo que eles são muito próximos.

capacitância exemplo No1

um capacitor é construído a partir de duas placas metálicas condutivas 30cm x 50cm, que são espaçadas 6mm entre si, e usa ar seco como seu único material dielétrico. Calcule a capacitância do capacitor.,

em Seguida, o valor do capacitor que consiste de duas placas separadas por ar é calculado como 221pF ou 0.221 nF

O Dielétrico de um Capacitor

assim Como o tamanho total do condutor, placas e sua distância ou espaçamento de distância um do outro, outro fator que influencia a capacitância do dispositivo é o tipo de dielétrico do material a ser utilizado. Em outras palavras, a “permissividade” (ε) do dielétrico.,

As placas condutoras de um capacitor são geralmente feitas de uma folha de metal ou uma película de metal permitindo o fluxo de elétrons e carga, mas o material dielétrico usado é sempre um isolador. Os vários materiais isolantes usados como dielétrico em um capacitor diferem em sua capacidade de bloquear ou passar uma carga elétrica.este material dieléctrico pode ser obtido a partir de uma série de materiais isolantes ou combinações destes materiais, sendo os tipos mais comuns utilizados: ar, Papel, Poliéster, Polipropileno, Mylar, cerâmica, vidro, óleo ou uma variedade de outros materiais.,

o fator pelo qual O material dielétrico, ou isolante, aumenta a capacitância do capacitor em relação ao ar é conhecido como a Constante Dielétrica, k e um material dielétrico com alta constante dielétrica é melhor isolante que um material dielétrico com uma menor constante dielétrica. Constante dielétrica é uma quantidade adimensional, uma vez que é relativa ao espaço livre.,pt as placas, em seguida, é o produto da permissividade do espaço livre (eo) e a permissividade relativa (er) do material a ser utilizado como dielétrico e é dado como:

Complexo Permissividade

Em outras palavras, se tomarmos a permissividade do espaço livre, eo como a base do nosso nível e torná-lo igual a um, quando o vácuo do espaço livre é substituído por algum outro tipo de material isolante, a sua permissividade do seu dielétrico é referenciado para a base dielétrico de espaço livre dando um factor de multiplicação conhecido como “relativa permissividade”, er., Assim, o valor da permissividade complexa, ε será sempre igual à permissividade relativa vezes um.

unidades típicas de permissividade dielétrica, ε Ou constante dielétrica para materiais comuns são: Vácuo puro = 1,0000, ar = 1,0006, papel = 2,5 a 3,5, vidro = 3 a 10, Mica = 5 a 7, madeira = 3 a 8 e pós De Óxido De Metal = 6 a 20 etc., Isso nos dá então uma equação final para a capacitância de um capacitor como:

Um método utilizado para aumentar a amplitude da capacitância de um capacitor, mantendo o seu tamanho pequeno é “interleave” mais placas em conjunto dentro de um único capacitor corpo. Em vez de apenas um conjunto de placas paralelas, um capacitor pode ter muitas placas individuais conectadas, aumentando assim a área de superfície, a das placas.para um capacitor padrão de placa paralela, como mostrado acima, o capacitor tem duas placas, marcadas com A e B., Portanto, como o número de placas capacitoras é dois, podemos dizer que n = 2, onde “n” representa o número de placas.

em Seguida, a nossa equação acima para um único capacitor de placas paralelas realmente deve ser:

no Entanto, o capacitor pode ter duas placas paralelas, mas apenas um lado de cada prato está em contato com o dielétrico no meio como o outro lado de cada placa de formulários do lado de fora do capacitor. Se pegarmos as duas metades das placas e as unirmos, efetivamente, só temos ” uma ” placa inteira em contato com o dielétrico.,

agora suponha que temos um capacitor composto de 9 placas interleaved, então n = 9 Como mostrado.

Capacitor multi-placa

Agora temos cinco placas conectadas a um chumbo (A) e quatro placas ao outro chumbo (B). Em seguida, ambos os lados das quatro placas conectadas ao chumbo B estão em contato com o dielétrico, enquanto apenas um lado de cada uma das placas exteriores conectadas a A está em contato com o dielétrico., Em seguida, como acima, a superfície útil da área de cada conjunto de placas é de apenas oito e a sua capacitância é, portanto, dada como:

Moderna capacitores podem ser classificados de acordo com as características e propriedades de seus isolante dielétrico:

  • Baixa Perda, de Alta Estabilidade, tais como Mica, de Baixo-K Cerâmica, Isopor.perda média, estabilidade média, tal como papel, Película De Plástico, Cerâmica De Alta Qualidade.condensadores Polarizados tais como eletrólitos, tântalos.,todos os condensadores têm uma tensão máxima e, ao seleccionar um condensador, deve considerar-se a tensão a aplicar ao longo do condensador. A quantidade máxima de tensão que pode ser aplicada ao capacitor sem danos ao seu material dielétrico é geralmente dada nas folhas de dados como: WV, (tensão de trabalho) ou como WV DC, (tensão de trabalho DC).,

    Se a tensão aplicada através do capacitor se tornar muito grande, o dielétrico vai se quebrar (conhecido como quebra elétrica) e arco vai ocorrer entre as placas do capacitor resultando em um curto-circuito. A tensão de funcionamento do capacitor depende do tipo de material dielétrico utilizado e da sua espessura.

    a tensão de funcionamento CC de um condensador é apenas que a tensão CC máxima e não a tensão CA máxima como condensador com uma tensão CC nominal de 100 volts DC não pode ser sujeita a uma tensão alternada de 100 volts., Uma vez que uma tensão alternada que tem um valor RMS de 100 volts terá um valor de pico de mais de 141 volts! (√2 x 100).

    então um capacitor que é necessário para operar a 100 volts CA deve ter uma tensão de funcionamento de pelo menos 200 volts. Na prática, um capacitor deve ser selecionado de modo que sua tensão de funcionamento, DC ou CA, deve ser pelo menos 50 por cento maior do que a mais alta tensão efetiva a ser aplicada a ele.

    outro fator que afeta a operação de um capacitor é a fuga dielétrica., Vazamento dielétrico ocorre em um capacitor como resultado de uma corrente de vazamento indesejada que flui através do material dielétrico.

    geralmente, assume-se que a resistência do dielétrico é extremamente alta e um bom isolador bloqueia o fluxo de corrente contínua através do capacitor (como em um capacitor perfeito) de uma placa para a outra.,

    no Entanto, se o material dielétrico for danificado devido excesso de tensão ou sobre a temperatura, a corrente de fuga através do dielétrico tornou-se extremamente elevada, resultando em uma rápida perda de carga nas placas e um superaquecimento do capacitor, eventualmente, resultando em falha prematura do capacitor. Em seguida, nunca use um capacitor em um circuito com tensões mais elevadas do que o capacitor é classificado para caso contrário, ele pode se tornar quente e explodir.,

    Introdução aos condensadores resumo

    vimos neste tutorial que o trabalho de um condensador é armazenar carga elétrica em suas placas. A quantidade de carga elétrica que um condensador pode armazenar em suas placas é conhecida como seu valor capacitância e depende de três fatores principais.

    • superfície – a área de superfície, A das duas placas condutoras que compõem o capacitor, quanto maior a área maior a capacitância.
    • distância – a distância, d entre as duas placas, quanto menor a distância maior a capacitância.,Material dielétrico-o tipo de material que separa as duas placas chamadas de “dielétrico”, quanto maior a permitividade do dielétrico maior a capacitância.

    também vimos que um capacitor consiste em placas metálicas que não se tocam, mas são separadas por um material chamado dielétrico. O dielétrico de um capacitor pode ser ar, ou mesmo um vácuo, mas é geralmente um material isolante não condutor, tais como papel encerado, vidro, mica diferentes tipos de plásticos, etc., O dielétrico oferece as seguintes vantagens:

    • A constante dielétrica é uma propriedade do material dielétrico e varia de um material para outro, aumentando a capacitância por um fator k.
    • O dielétrica fornece o suporte mecânico entre as duas placas e permite que as placas de ser mais próximos, sem se tocar.
    • permitividade do dielétrico aumenta a capacitância.o dielétrico aumenta a tensão máxima de funcionamento em comparação com o ar.,condensadores

    capacitores podem ser usados em muitas aplicações e circuitos diferentes, como o bloqueio da corrente contínua ao passar sinais de áudio, pulsos, ou corrente alternada, ou outras formas de onda variáveis no tempo. Esta capacidade de bloquear a DC correntes permite capacitores para ser usado para suavizar as tensões de saída da fonte de alimentação, para remover indesejados picos de sinais que tendem a causar danos ou falso disparo dos semicondutores ou componentes digitais.,condensadores também podem ser usados para ajustar a resposta de frequência de um circuito de áudio, ou para juntar fases de amplificador separadas que devem ser protegidas da transmissão de corrente contínua.

    em DC um condensador tem impedância infinita (circuito aberto), em frequências muito altas um condensador tem impedância zero (curto-circuito). Todos os condensadores têm uma tensão máxima de funcionamento, seu WV DC para selecionar um condensador com um valor nominal pelo menos 50% a mais do que a tensão de alimentação.,

    Há uma grande variedade de estilos e tipos de capacitores, cada um tendo sua própria vantagem particular, desvantagem e características. Para incluir todos os tipos faria esta seção tutorial muito grande assim que no tutorial seguinte sobre a introdução aos capacitores eu os limitarei aos tipos mais comumente usados.

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