Relatório Fisica III - Carga e Descarga de um Capacitor

CARGA E DESCARGA DE UM CAPACITOR

HIBRAEL C. MAMEDE

OBJETIVOS

        Analisar o comportamento de um capacitor em corrente contínua e traçar sua curva de carga e descarga (corrente(I) em função do tempo(t)).

INTRODUÇÃO

O capacitor, dispositivo usado para armazenar energia elétrica, é constituído por dois condutores isolados entre si. Seja qual for a forma dos condutores (plana, esférica, cilíndrica...), eles recebem o nome de placas.

Por convenção, dizemos que a carga de um capacitor é q, o valor absoluto da carga de uma das placas. Como as placas são feitas de material condutor, são superfícies equipotenciais: todos os pontos da placa de um capacitor estão no mesmo potencial elétrico. Além disso, existe uma diferença de potencial entre as duas placas. A carga q e a diferença de potencial V de um capacitor são proporcionais:

[pic 3]

A constante de proporcionalidade C, chamada de capacitância do capacitor, depende da geometria das placas, mas não depende da carga nem da diferença de potencial. A unidade de capacitância no SI é o Coulomb por Volt, cujo nome especial é farad (F). Em relação a corrente, quando há carga, temos o seguinte:

[pic 4]

Podemos concluir que no instante t=0, quando a fonte é ligada, a carga do capacitor é zero e a corrente no circuito é máxima (I=V/R). Para t>0, a carga do capacitor aumenta e a corrente no circuito diminui. Para t→(infinito) , a carga do capacitor tende ao valor máximo (q=CV) e a corrente no circuito tende a zero.

Porém quando há descarga, a equação pode ser descrita como:

[pic 5]

Podemos concluir que no instante t=0, quando a fonte é desligada, a carga do capacitor é máxima (q=CV) e a corrente no circuito também é máxima (I=V/R), mas, no sentido oposto. Para t>0, a carga do capacitor e a corrente no circuito diminuem, tendendo a zero.

Como a carga de um capacitor durante sua descarga varia exponencialmente no tempo, este dispositivo pode fornecer energia elétrica com uma rapidez muito maior que

uma pilha ou uma fonte de tensão convencional. As pilhas de uma máquina fotográfica, por exemplo, armazenam a energia necessária para disparar o flash carregando um capacitor. Como as pilhas só podem fornecer energia aos poucos, não seria possível produzir uma luz muito forte usando diretamente a energia das pilhas. Um capacitor carregado pode fornecer energia, em um curto intervalo de tempo, o suficiente para produzir o clarão quando a lâmpada de flash é acionada.

PROCEDIMENTO

Materiais Utilizados:

• Fonte de Corrente Contínua;
• Resistor de 22kΩ;
• Capacitor de Placas Paralelas de 1000µF;
• Amperímetro;
• Cronômetro Digital.

Metodologia:

O circuito foi montado segundo o seguinte esquema:

[pic 6]

        Primeiramente foi verificado se o capacitor se encontrava descarregado. Após essa etapa, o capacitor foi carregado pela fonte, e indicou uma corrente de 100µA, que foi decrescendo em relação ao tempo. A partir de 80µA, carga começou a ser cronometrada, verificando-se o tempo em diversas correntes abaixo. O mesmo processo foi realizado para a verificação da descarga.

ANÁLISE DE DADOS

Segue abaixo a tabela dos resultados obtidos experimentalmente:

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