Carga e descarga de um capacitor

CARGA DE UM CAPACITOR:

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Imagem de um circuito elétrico RC com o capacitor sendo carregado

Em um circuito associado em série composto somente por um gerador elétrico (12V), um botão (chave) e um capacitor (1000uF), assim que clicarmos no botão, o capacitor vai acabar sendo carregado de forma instantânea e alcançará a mesma tensão elétrica de 12V do gerador. Contudo, quando esse circuito é composto também por um resistor (10KΩ), este dificultará a passagem da corrente elétrica, aumentando a sua lentidão e, portanto, o tempo de carregamento do capacitor vai ficar mais lento. Inicialmente, esse carregamento aumenta rapidamente, mas conforme o tempo e a aproximação dos 12V, mais lento ele vai ficando, justamente porque a diferença de potencial nos terminais do resistor vai ficando menor (já que o gerador tem 12V e o capacitor vai se igualando a ele) e, portanto, a corrente elétrica vai perdendo movimento e menos elétrons com energia vão passando pelo capacitor. Dessa forma, o gráfico da carga do capacitor será da seguinte forma:

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Percebe-se que no início do carregamento do capacitor, ele recebe rapidamente energia/ddp. Contudo, como nós dizemos anteriormente, ao longo do tempo isso vai ocorrendo mais lentamente até alcançar a mesma voltagem do gerador. Por causa disso, o seu gráfico acaba sendo uma curva exponencial na qual inicialmente observa-se um aumento rápido de energia/ddp no capacitor, mas que com o tempo esse processo vai se tornando mais lento. O gráfico Q x t também funciona da mesma maneira.

O tempo de carregamento do capacitor depende da resistência (quanto mais alta a resistência, mais lenta a corrente elétrica ficará) e do valor da capacitância (quanto maior a capacitância, mais cargas ele consegue armazenar e, portanto, mais demorado vai ser). A partir disso, surge a constante RC que é a constante do tempo (que pode ser calculada a partir do resistor e da capacitância ( = RC). [pic 4][pic 5]

Nós podemos calcular o quanto de carga o capacitor possui durante um determinado tempo do carregamento por meio da fórmula , onde q é a carga que o capacitor possui naquele tempo e o Q é carga total que ele tende a atingir. Quando , nós teremos . Isso quer dizer que quanto o tempo for igual a RC, o capacitor estará 63% carregado. Na prática, quando temos , o capacitor estará 95% carregado e quando ele estiver em , ele estará totalmente carregado, porém, na vida real, um capacitor nunca fica carregado 100%.[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

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DESCARGA DE UM CAPACITOR:

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Imagem do circuito elétrico RC com o capacitor sendo descarregado

Mesmo se cortamos a ligação que o gerador elétrico possui com o capacitor, este continua carregado e as suas placas funcionam como se fossem uma fonte de energia. Portanto, qualquer coisa que possui carga, se colocada em paralelo com ele, tende a receber as cargas do capacitor. Um resistor, por exemplo, caso colocado em paralelo com o capacitor, as cargas positivas de uma placa serão atraídas pelas negativas da outra placa e, com isso, irá surgir uma corrente elétrica que irá ficar circulando o resistor. Isso ocorre porque com a presença desse resistor, os elétrons possuem um caminho possível para se locomover até a outra placa, diferente de antes que havia apenas um dielétrico entre os condutores impedindo a passagem da corrente. Como a corrente vai passando pelo resistor, isso faz com que o capacitor vá se descarregando conforme o tempo.

Portanto, para descarregar um capacitor, é preciso ligar uma “carga” em paralelo com ele. Mas também podemos fazer isso criando um curto nos seus terminais, porém, como a resistência nesse caso é zero, o capacitor se descarrega rapidamente e, por isso, surge uma faísca.

Com a resistência, a corrente descarregada pelo capacitor é limitada, fazendo com que ele a descarregue mais lentamente. Se aumentarmos mais a resistência, vai demorar mais ainda para o capacitor se descarregar. Assim, quanto mais resistência, maior será o tempo de descarregamento.

O gráfico da descarga do capacitor vai ser quase a mesma coisa que a da carga, mas ao contrário dela. Dessa vez o gráfico não começa a partir do zero, pois estamos falando de um capacitor já carregado na sua totalidade. Como ele está sendo descarregado, a sua curva será decrescente. A descarga é cada vez mais lenta porque conforme as cargas saem, a tensão vai diminuindo. Conforme a tensão diminui, a corrente também diminui, fazendo com que menos cargas saiam do capacitor.

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O tempo de descarregamento do capacitor também depende da resistência (quanto mais alta a resistência, mais lenta a corrente elétrica descarregada será) e do valor da capacitância (quanto maior a capacitância, mais descarga terá e, portanto, mais demorado vai ser). A partir disso, surge a constante RC que é a constante do tempo (que pode ser calculada a partir do resistor e da capacitância ( = RC). Nós podemos calcular o quanto de descarga o capacitor gera durante um determinado tempo do carregamento por meio da fórmula , onde q é a carga que o capacitor ainda tem naquele tempo, 1 equivale a 100% e o Q é a carga total que o capacitor pode armazenar.[pic 14][pic 15][pic 16]