Capacitor de Placas Paralelas

CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA

CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO........................................................................................................ 3

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS................................................................................. 3

    I. Capacitância e Capacitor.................................................................... 3

3. PARTE EXPERIMENTAL................................................................................. 4

• Material utilizado...................................................................................... 4

 4.PROCEDIMENTO E RESULTADOS.................................................................. 5

• Experimento I: Ar como dielétro............................................................... 5
• Experimento II: Papéis como dielétrico..................................................... 8

5. CONCLUSÃO....................................................................................................9

6. BIBLIOGRAFIA..................................................................................................9

1. INTRODUÇÃO

        Abordando brevemente, um capacitor de placas paralelas é formado por duas placas paralelas carregadas (essas chamadas de armaduras), separadas por um material isolante (conhecido como dielétrico).

        Através de experimento realizado no laboratório de Física III, destinado ao estudo de eletricidade e magnetismo, teve-se intuito de compreender os princípios da Capacitância de um capacitor de placas paralelas bem como conceituá-los,  observar as reações ocorridas por meio de alguns processos, sendo estes demonstrar a variação da capacitância conforme o dielétrico utilizado e analisar a dependência entre a distância que ocorre entre as placas de um capacitor e sua capacitância.

 

1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS        

1. Capacitância e Capacitor

Uma vez que a Capacitância é a propriedade que os capacitores tem de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático. O capacitor consiste de dois condutores com um isolante entre eles. Os condutores têm cargas ±Q, o que estabelece uma diferença de potencial V entre eles. Sendo este abordado por (Halliday, 2009, p. 111), relatando sobre um capacitor de placas paralelas, de maneira que:

[...] Quando um capacitor está carregado as placas contém cargas de mesmo valor absoluto e sinais opostos, +q e -q. Entretanto, quando nos referimos à carga de um capacitor estamos falando de q, o valor absoluto de carga de uma das placas. (Observe que q não é a carga total do capacitor, que é sempre zero.) [...].

Conceitos e teorias do princípio de Capacitor de placas paralelas é composto por duas placas condutoras paralelas separadas por uma pequena distância, onde está posicionado o material isolante (dielétrico) (figura 1). Esta formação permite uma configuração de grande área de superfície em um espaço relativamente pequeno.

[pic 1]

Figura 1: Esquema de um capacitor de placas paralelas

Na figura 1 mostra a capacitância de um capacitor de placas paralelas através da fórmula:

  [pic 2]

Onde:  é a permitividade elétrica, A é a área das placas e d a distância entre as placas. Mas, quando o espaço entre as placas de um capacitor está completamente preenchido  com  um  material  dielétrico (que  nesta  experiência serão  folhas de papel e ar), a capacitância fica  aumentada  por  um  fator  k, chamado de constante dielétrica (conforme tabela 1). Quando há, portanto, um dielétrico, a equação eletrostática se torna: [pic 3]

[pic 4]

        A unidade de capacitância, Coulomb por volt, é denominada farad (F) em homenagem a Michael  Faraday,  pioneiro  no  desenvolvimento  deste          conceito.

        Entretanto, a unidade é muito grande para a  maioria dos  valores  práticos  e  os submúltiplos (µF, nF, pF) são bastante empregados.

1. PARTE EXPERIMENTAL

• Material utilizado:

Para este experimento, foi necessário um capacitor variável de placas paralelas composto por uma base principal, um cabo com terminal para capacímetro, um multiteste com capacímetro, um micrômetro (conforme figuras 2 e 3) e papéis.

       [pic 5]                [pic 6]

    Figura 2: Capacitor de placas paralelas, um                                     Figura 3: Micrômetro

multiteste com capacímetro e cabo com terminal

para capacímetro.

1. Procedimento e Resultados:

        Para entender melhor o que acontece com capacitância de um capacitor de placas paralelas e os seus respectivos fenômenos, foram feitos experimentos para relacionar a teoria com a prática. Sendo eles:

• Experimento I: Ar como dielétrico.

        

Primeiramente, ligou-se o multiteste na escala conveniente do capacímetro. Por consequência, retirou-se a base metálica do carro móvel com seu disco para verificar o valor da capacitância residual (Cr), que foi no valor de 70 pF . Logo após, posicionou-se o carro móvel na base metálica e aproximou-se lentamente do disco fixo, onde se pode analisar que quando a distância entre as placas diminui, a capacitância aumenta.

Partindo da distância de 0,10mm, realizou-se a alteração da posição do carro magnético que, consequentemente obteve distâncias intercaladas a cada 1 mm , anotando e calculando os respectivos dados, conforme  tabela 1. 

Medição	C (nF)	d (mm)	1/d
1	0,66	0,10	10
2	0,25	1	1
3	0,14	2	0,5
4	0,12	3	0,33
5	0,11	4	0,25
6	0,10	5	0,2
7	0,10	6	0,16
8	0,09	7	0,14
9	0,09	8	0,125
10	0,09	9	0,11

                   

                                 Tabela 1: Dados da capacitância tendo ar como dielétrico.

        

Com base os dados da tabela acima percebe-se que quanto maior a distância entre as placas, menor é a capacitância. Pois quando maior o afastamento entre as placas, maior é o material dielétrico entre elas, que neste caso foi o ar. Contudo, pode-se construir o gráfico Capacitância x Distância (figura 4) e Capacitância x 1/d (figura 5).