A Descarga em Capacitor

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1.        INTRODUÇÃO

        

        Nesta experiência investigaremos como a carga de um capacitor e a corrente no circuito variam em função do tempo durante o processo de carregamento e descarga do mesmo. Além disso, temos como objetivo medir a variação da carga no capacitor e da corrente em um circuito  em série e calcular a constante de tempo do circuito.[pic 6]

        O método experimental utilizado para obtenção dos resultados foi analizar os sinais nos componentes utilizando o osciloscópio, em seguida, medimos a carga do capacitor em função do tempo.

2.        FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

        Para o desenvolvimento e compreensão do experimento realizado, faz-se necessário esclarecer alguns conceitos importantes, esses são:

•         Capacitor;
•         Resistor;
•         Circuito ;[pic 7]

        

        2.1        CAPACITOR

                Capacitor é um dispositivo capaz de acumular cargas elétricas quando uma diferença de potencial é estabelecida entre seus terminais. A capacitância dos capacitores, por sua vez, é a medida de quanta carga o dispositivo é capaz de acumular para uma determinada diferença de potencial.

                Os capacitores, geralmente, são produzidos de forma simples, formados por duas placas condutoras paralelas, chamadas de armaduras, que podem ou não ser preenchidas com um meio altamente dielétrico (isolante).

                Capacitância é uma grandeza física relacionada à quantidade de cargas elétricas que um capacitor é capaz de armazenar para uma dada diferença de potencial. Quanto maior for sua capacitância, maior será a quantidade de cargas armazenada pelo capacitor para uma mesma tensão elétrica.

                Podemos calcular a capacitância pela razão entre a quantidade de cargas armazenadas e a tensão elétrica:

[pic 8]

•                  : capacitância (F - farad)[pic 9]
•                   : carga elétrica armazenada (C - coulomb)[pic 10]
•                  : tensão elétrica ou diferença de potencial (V - volts)[pic 11]

                A unidade de capacitância no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o farad (F), unidade que equivale a coulomb por volt (C/V).

        2.2        RESISTOR

                Resistores são dispositivos que compõem circuitos elétricos diversos, a sua finalidade básica é a conversão de energia elétrica em energia térmica (Efeito Joule). Outra função dos resistores é a possibilidade de alterar a diferença de potencial em determinada parte do circuito, isso ocorre por conta da diminuição da corrente elétrica devido à presença do equipamento.

                Em um circuito elétrico, os resistores podem ser organizados de duas maneiras diferentes. As diferentes formas de ser organizar as posições dos resistores são chamadas de associações, e permitem a obtenção de valores diversos de resistência elétrica.

•                 Associação em série: Os resistores são colocados um ao lado do outro. Nessa associação, os equipamentos terão mesma corrente elétrica e diferença de potencial diferente.
•                 Associação em paralelo: Os resistores são colocados um sobre o outro. Nesta associação, os equipamentos terão mesma diferença de potencial e corrente elétrica diferente.
•                 Associação mista: Ocorre quando em um mesmo circuito existem resistores associados em série e em paralelo.

        2.3        CIRCUITO [pic 12]

                Um circuito resistor-capacitor/condensador (circuito RC), filtro RC ou malha RC é um dos mais simples filtros eletrônicos de resposta de impulso infinita analógicos. Ele consiste de um resistor e de um capacitor/condensador, podendo estar ligados tanto em série quanto em paralelo, sendo alimentados por uma fonte de tensão.

        2.4        RESPOSTAS

                1. Calcule a corrente e a carga em um capacitor e a corrente total do circuito apresentado na figura 1 em função do tempo, quando a chave está conectada:

                (a) na posição (carregamento);

                (b) na posição (descarga);[pic 13][pic 14]

                

                (a) Resposta :

                carga :  (Equação 1)[pic 15]

                corrente :  (Equação 2), substituindo a Equação 1 na Equação 2, temos que:  (corrente total do circuito)[pic 16][pic 17]

                (b) Resposta:

                Se em um dado momento passarmos a chave para a posição B, haverá um refluxo das cargas acumuladas no capacitor, a corrente inverterá o sentido e o capacitor se descarregará. Nesse caso, como não existe bateria ligada no circuito, , pela lei das malhas , ou . A voltagem no capacitor, no caso, variará de  até zero. Como vimos nas experiências anteriores, um amperímetro deve ser ligado ao lado positivo da fonte para que a deflexão do ponteiro ocorra no sentido correto. No presente caso, como o capacitor se transforma em uma fonte de corrente, fornecendo corrente para o circuito, essa fluirá no sentido inverso ao que ele foi ligado inicialmente para carregá-lo e ocorrerá uma deflexão do ponteiro no sentido contrário, caracterizando uma voltagem negativa.[pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]