Capacitância, Reatância Capacitiva e Circuitos Capacitivos Capacitor

Capacitância, Reatância Capacitiva e Circuitos Capacitivos

Capacitor

Capacitor (português brasileiro) ou condensador (português europeu) é um componente que armazena energia num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica.

Historicamente, a ideia de seu uso baseia-se na Garrafa de Leiden inventada acidentalmente em 1746 por Pieter van Musschenbroek na cidade de Leyden na Holanda.

Em outubro de 1745, Ewald Georg von Kleist, descobriu que uma carga poderia ser armazenada, conectando um gerador de alta tensão eletrostática por um fio a uma jarra de vidro com água, que estava em sua mão. A mão de Von Kleist e a água agiram como condutores, e a jarra como um dielétrico (mas os detalhes do mecanismo não foram identificados corretamente no momento). Von Kleist descobriu, após a remoção do gerador, que ao tocar o fio, o resultado era um doloroso choque. Em uma carta descrevendo o experimento, ele disse: "Eu não levaria um segundo choque para o reino de França". No ano seguinte, na Universidade de Leiden, o físico holandês Pieter van Musschenbroek inventou um capacitor similar, que foi nomeado de Jarra de Leyden.

Daniel Gralath foi o primeiro a combinar várias jarras em paralelo para aumentar a capacidade de armazenamento de carga. Benjamin Franklin investigou a Jarra de Leyden e "provou" que a carga estava armazenada no vidro, e não na água como os outros tinham suposto. Ele também adotou o termo "bateria”, posteriormente aplicada a um aglomerados de células eletroquímicas.

Jarras de Leyden foram utilizados exclusivamente até cerca de 1900, quando a invenção do wireless (rádio) criou uma demanda por capacitores padrão, e o movimento constante para frequências mais altas necessitavam de capacitores com baixa capacitância.

No início capacitores também eram conhecidos como condensadores, um termo que ainda é utilizado atualmente. O termo foi usado pela primeira vez por Alessandro Volta em 1782, com referência à capacidade do dispositivo de armazenar uma maior densidade de carga elétrica do que um condutor normalmente isolado.

Os formatos típicos consistem em dois eletrodos ou placas que armazenam cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante (ou dielétrico). A carga é armazenada na superfície das placas, no limite com o dielétrico. Devido ao fato de cada placa armazenar cargas iguais, porém opostas, a carga total no dispositivo é sempre zero.

Capacitância

A propriedade que estes dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada de capacitância ou capacidade (C) e é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial ou tensão (V) que existe entre as placas:

[pic 1]

Pelo Sistema Internacional de Unidades (SI), um capacitor tem a capacitância de um farad (F) quando um coulomb de carga causa uma diferença de potencial de um volt (V) entre as placas. O farad é uma unidade de medida considerada muito grande para circuitos práticos, por isso, são utilizados valores de capacitâncias expressos em microfarads (μF), nanofarads (nF) ou picofarads (pF).

Reatância Capacitiva

A reatância capacitiva é oposição à corrente CA devida à capacitância de um circuito elétrico, circuito eletrônico ou bobina. É medida em ohms (Ω), designada pelo símbolo XC e pode ser calculada como:

[pic 2]

onde C é a Capacitância dada em Farad e f é a freqüência dada em Hertz.

Em um circuito formado por uma fonte CA e um capacitor, a resistência R (Ω) pode ser substituída pelo capacitor XC (F) na Lei de ohm:

VC = XC . IC

IC  = VC / XC

XC  = VC / IC

Circuitos Capacitivos e Resistivos-Capacitivos (RC)

Chamamos de circuitos capacitivos aqueles que possuem apenas Capacitores como elementos passivos. Ou seja, circuitos formados por uma fonte CA e um ou mais Capacitores.

Circuitos resistivos-capacitivos são formados por fonte CA, resistores e capacitores. Eles também são conhecidos como Circuitos RC.

Como vimos anteriormente, as correntes e tensões em CA são representadas por senóides, que vão possuir um Valor de Pico (Vp), uma frequência angular (ω) e uma fase (Θ). Usando a Lei de Ohm, podemos relacionar a corrente, tensão e resistência. Em circuitos CA, chamamos essa resistência de Impedância (Z).

Os capacitores em circuitos CA possuem um efeito na corrente. Quando temos um circuito com uma Fonte CA, ela irá ter uma Tensão Total (Vt) e uma Corrente Total (It) da mesma. No Capacitor, teremos também uma Tensão (VC) e corrente (IC). Quando o circuito possui apenas o Capacitor e a Fonte, podemos dizer que as correntes e tensões nos dois elementos serão iguais. Essa corrente no capacitor estará adiantada de 90 graus em relação a tensão do capacitor. Esse avanço é provocado pelo próprio capacitor.

[pic 3]

[pic 4]

Nesse tipo de circuito, como apenas teremos o capacitor, a Impedância desse circuito será igual a Reatância Capacitiva.

                Z = XC

Com isso, podemos usar a Lei de Ohm para calcular o valor da corrente, lembrando que ela estará adiantada de 90 graus em relação a Tensão:

                IC = VC / XC

Quando temos no mesmo circuito Capacitores e Resistores, o Capacitor terá o mesmo efeito na corrente que passa por ele e o Resistor não irá provocar nenhum tipo de atraso. Nesse caso, teremos que analizar os circuitos de acordo com o tipo de ligação entre o Resistor e o Capacitor.