Índice do curso aquiVotação sobre "Curso básico de electrónica – por José Flor"Sondagem sobre o seu conhecimento em electrónicaIntrodução á electrónica básica
Parte 3
Condensadores
Complemento sobre trimmers (condensador variável ou se quiser semi-variavel)O capacitor é vulgarmente conhecido de condensador. Ele compre inúmeras finalidades nos circuitos eletrônicos. É utilizado no bloqueio de corrente contínua, para livre passagem de corrente alternada, como reservatório de cargas no circuito de filtro, como tanque nos circuitos osciladores, etc.
CapacitânciaSuponhamos que se coloquem duas placas de metal em paralelo, sem que se toquem. Essas placas chamam-se de armaduras e o conjunto, capacitor. Liguemos essas placas a uma bateria. Como sabemos que as duas placas não se tocam, não haverá passagem de corrente elétrica, ou, melhor dizendo não deveria haver passagem de corrente elétrica. Admitamos que após certo tempo, tempo esse que corresponde ao de carga do capacitor, sejam medidas as tensões nas placas e na bateria. Verifica-se que não há diferença nas medidas; conseqüentemente, não está passando corrente.
Figura 1
O nosso colega Márcio no #14 alertou para informação extra sobre a simbologia dos da tabela 1 e que passo a informar aqui.
O condensador Fixo pode também ser chamado de não polarizado.
O Electrólitico pode também se chamado de Polarizado e também existe o condensador de tântalo que também é polarizado
Mais simbologias do condensador
Agora, desliga-se a bateria e mede-se novamente a diferença de potencial entre as placas. Verifica-se que ela é igual à da bateria. Ora, o fato de existir essa diferença de potencial indica que as placas acumularam cargas elétricas, além de que uma delas tem cargas negativas e a outra positivas. Para maior facilidade de raciocínio, admitamos que o capacitor tenha acumulado duas cargas elétricas, quando a ele aplicou-se 1 volt de diferença de potencial. Em uma segunda prática, unamos entre si os terminais do capacitor. É claro que as cargas positivas e negativas se anulam e temos, então, o que se chama de descarga do capacitor. Uma vez descarregado, apliquemos ao nosso capacitor uma diferença de potencial de 2 volts. Esperemos o tempo necessário para que se carregue. Feito isto, determinemos, por um processo qualquer que no momento não tem importância, a nova quantidade de carga. Verificamos que ela é duas vezes maior que a anterior, ou seja, 4 cargas. Agora em experiências iguais à descrita, mas com outras diferenças de potencial, medimos sempre a quantidade de carga. Verificamos que para 3 volts, encontramos 6 cargas; para 4 volts, 8 cargas; para 5 volts, 10 cargas; e assim por diante. Observando atentamente esses números, notamos uma particularidade interessante, ou seja, a relação, isto é, a divisão entre a quantidade de cargas que o capacitor acumulou e a diferença de potencial aplicada é constante e sempre a mesma, nas diversas experiências, isto é, 2, pois, 2 dividido por 1 resulta 2; 4 dividido por 2 também dá 2, e assim por diante.
Chama-se Capacidade ou Capacitância de um capacitor a relação (divisão) entre a quantidade de carga acumulada e a diferença de potencial aplicada às suas armaduras.
Unidade de medidaA unidade de medida da capacitância é chamada de farad, em homenagem ao grande sábio inglês Michael Faraday, sendo representada pela letra F.
O farad é uma unidade de medida muito grande e tem pouca ou quase nenhuma aplicação prática. Por isso utilizamos seus submúltiplos.
Microfarad (μF) = 1/1.000.000 F Nanofarad (nF) = 1/1.000.000.000 F Picofarad (pF) = 1/1.000.000.000.000 F, veja tabela de prefixos da lição Parte 1.
De que depende a capacidade de um capacitor?A capacitância não depende de diferença de potencial aplicada às armaduras. Isto porque quando se aumenta ou diminui a tensão aplicada às armaduras, também aumenta ou diminui a carga. Tome atenção e não aplique 50 volts a um capacitor de 10 volts, isto danifica o capacitor.
As dimensões ou áreas das armaduras:
Construamos um capacitor com duas placas de 10x10 cm ou seja 100 cm2 e afastadas de 1 cm. Agora construamos outra de 20x20 cm ou seja 400 cm 2, igualmente com 1 cm de afastamento. Ligamos os dois capacitores a uma diferença de potencial. Observamos que o capacitor maior que é 2 vezes maior em seus lados que o primeiro e a sua área é 4 vezes maior, tem capacidade 4 vezes maior que o primeiro.
Figura 2
Chama-se dielétrico de um capacitor a substância isolante que está colocada entre suas armaduras. A capacidade do capacitor também depende dessa substancia. Nas experiências anteriores, usamos o ar como dielétrico. Na realidade existem capacitores cujo ar é o seu dielétrico. Quando se desejam grandes capacidades são utilizados outros materiais como a mica, plástico, poliéster, cerâmica, vidro, óleo, etc. Para observar como varia a capacitância com o tipo de dielétrico, recorramos às experiências:
Admitamos que, sendo o ar o dielétrico, no capacitor da experiência anterior, encontramos uma capacitância de 8,86 pF. Agora, vamos preencher o espaço entre as duas armaduras, com mica. Sua capacitância é agora de 53,16 pF. Isto significa que a mica faz aumentar a capacitância em 6 vezes. Se usarmos o teflon que é um plástico como dielétrico o aumento teria sido de 2 vezes. Daqui concluímos que a capacitância depende do tipo de dielétrico utilizado.
Se aumentarmos para o dobro a espessura do dielétrico, a capacitância cai para metade, se diminuirmos a espessura para metade do dielétrico, a capacitância aumenta o dobro. Daqui concluímos que a capacitância varia inversamente com a espessura do dielétrico.
Como explicar o efeito capacitivo do capacitor?Considere a figura 3 onde se vê um capacitor formado por duas placas planas e paralelas. A placa A está ligada ao positivo de uma fonte de corrente contínua e a placa B está ligada ao negativo através de um miliamperimetro. Com a chave desligada como mostra na figura, a corrente que passa é zero. Quando se liga a chave, à primeira vista também não deveria passar corrente, porque as duas placas não se tocam. Contudo, o operador irá observar que o ponteiro do medidor dará um salto brusco no momento em que se liga a chave, e em seguida, cai lentamente, até à posição de repouso, indicando que não há mais passagem de corrente. É neste instante que o capacitor fica carregado. Inicialmente, as placas A e B estão no estado neutro, ou seja, em cada uma existe igual quantidade de cargas elétricas negativas e positivas (elétrons e prótons). Quando se fecha a chave, liga-se a placa A ao pólo positivo da bateria, em que, como sabemos, há falta de elétrons. Este pólo então retira os elétrons da placa A, a qual fica positiva. O pólo negativo da bateria tem excesso de elétrons e como os elétrons procuram ocupar sempre a maior área possível, eles encaminham-se para a placa B, passando pelo medidor de corrente, que os acusa. De fato, quando as duas placas estão face a face e ligadas à bateria, aparece o efeito de indução, isto é, a placa A, positiva atrai os elétrons da B, negativa, e a B, negativa, atrai os prótons da A. Esta ação facilita a retirada de elétrons pelo pólo positivo da bateria e o fornecimento pelo pólo negativo à placa B.
Figura 3
Classificação dos capacitores quanto à variação da capacitância: fixo, variável, semivariável
Classificação dos capacitores quanto à forma física: tubular, disco, plano, moldado, passagem, pin-up, etc
Classificação dos capacitores quanto ao material dielétrico: óleo, cerâmica, eletrolítico, papel, etc
Associação em sérieA capacitância resultante será dada pelo produto das capacidades, dividido pela sua soma.
Cr = C1 x C2 / (C1 + C2) <=> Cr = 6 x 3 / (6 + 3) <=> Cr = 2 μF
Figura 4
Pela formula podemos concluir que a o resultado da associação em série é menor que o mais pequeno capacitor. Mais, quando se aplica uma diferença de potencial nos terminais da associação, que correspondem aos terminais livres do primeiro e último capacitor, essa diferença de potencial reparte-se entre os capacitores, de maneira que o que possuir menor capacitância receberá maior parcela de tensão. Esta particularidade deve ser observada sempre que se faz uma associação em série, porque, se não for levada em conta, poderá danificar o capacitor de valor mais baixo. Vamos insistir nisso, dando o exemplo da figura e admitindo que a tensão é de 100 volts. Olhando na figura parece que pode funcionar a 125 volts ou seja a soma das duas voltagens. Errado. A capacidade resultante como vimos é 2 μF. Essa capacitância equivalente está ligada a uma diferença de tensão de 100 V; logo, podemos determinar a quantidade de carga. De fato, se para definir a capacitância dividimos a quantidade de carga pela diferença de potencial aplicado é fácil concluir que, para calcular a quantidade de cargas, basta multiplicar a capacitância pala diferença de potencial: logo, a quantidade de carga em cada capacitor é de: 2 μF x 100 V = 200 μC (microcoulomb). (veja página 8 da Parte 1). A quantidade de carga em cada capacitor é, portanto, de 200 μC. Podemos, então, determinar qual deve ser a tensão em cada um, para que eles adquiram essa carga. Para calcular a tensão, basta dividir a quantidade de carga pela capacitância. Assim, para os dois capacitores: C1 – V = 200 μC / 6 μF = 33,33 V e C2 – V = 200 μC / 3 μF = 66,66 V. Como podemos ver o capacitor de menor capacidade terá que ser superior a 66,66 V, logo, não podemos usar o de 50 V pois este queimará. Note: normalmente não há necessidade de fazer este tipo de associação em série. Isto só acontece quando pretendemos um valor de capacitor não fabricado.
Associação em paraleloA capacitância resultante é igual à soma de todas as capacitâncias, portanto, maior do que qualquer capacitância da associação. Cr = C1 C2 C3 = 18 μF. Se a tensão aplicada entre os terminais a e b for de 115 V, todos os capacitores estarão submetidos a essa mesma tensão.
Figura 5
De notar que para calcular os condensadores, usa as mesmas formulas do calculo das resistências, só que as ordens de paralelo e série são invertidas.
Os capacitores pin-up e os poliéster metalizado são identificados por barra de cores iguais às resistências. Use a tabela de cores dada no manual Parte 1.
José António Flor de Sousa
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