Universidade Federal de Santa Maria

CARGA E DESCARGA DE UM CAPACITOR

Artur Modler, Davi Fin– Turmas 11 e 13

FSC1026 – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL III – Departamento de Física

 Universidade Federal de Santa Maria

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Resumo. O objetivo do experimento foi observar o comportamento de carga e descarga de um capacitor conectado em série com um resistor, resultando em condições de carga desafiadoras. Um circuito composto por um resistor e um capacitor (circuito RC) foi ligado a uma fonte de alimentação de 10 Volts. A análise foi realizada durante um período de 20 minutos durante a fase de carga e 10 minutos durante a fase de descarga. Ao longo de cada intervalo de tempo predeterminado, a resistência fornecida pelo resistor, a corrente elétrica e a carga armazenada no capacitor foram medidas e documentadas em ambos os cenários do experimento.

Introdução

A realização do experimento possibilitou a observação do comportamento de um capacitor e um resistor durante os processos de carregamento e descarregamento. O resistor, ao buscar restringir o fluxo de corrente elétrica no circuito, e o capacitor, responsável por armazenar energia, desempenharam papéis fundamentais nesse estudo.

Durante a análise, foi constatado que o carregamento de um capacitor ocorre por meio da aplicação de uma diferença de potencial proveniente de uma fonte, como uma bateria. A velocidade desse processo, conhecida como taxa de carregamento, é influenciada tanto pela resistência elétrica do circuito, determinada pelo resistor, quanto pelas características específicas do capacitor utilizado.

É possível medir a carga armazenada em um capacitor de acordo com a seguinte expressão:

[pic 1]

sendo:

Q = carga armazenada;

C = capacitância do capacitor;

V = tensão aplicada.

A resistência elétrica, pode ser compreendida como uma propriedade que dificulta a passagem de corrente elétrica no interior do material. A resistência de um resistor, em um circuito pode ser medida pela Lei de Ohm:

 [pic 2]

sendo:

R = Resistência  elétrica (Ω)

I = Intensidade de corrente (A)

V = Diferença de potencial (V)

Neste experimento, a presença do resistor no circuito elétrico restringe o fluxo de cargas e desaceleera o processo de carregamento do capacitor. Foram utilizados resistores de alta resistência, conhecidos como resistores fortes, com o intuito de reduzir a velocidade do processo e facilitar a observação.

O processo de carga do capacitor pode ser matematicamente definido pela equação:

Equação 1:

[pic 3]

Na qual:

Q = carga do capacitor

i = corrente

t = tempo

Dado que o capacitor foi carregado, foi observado, posteriormente o seu processo de descarregamento, o qual, foi afetado pela resistência da mesma forma que o processo de carregamento.

Os resultados do experimento em questão elucidam a relação existente entre tempo e cargas elétricas de uma corrente.

Procedimento Experimental

Foi estabelecido um circuito fechado na bancada experimental com o objetivo de observação. O resistor e o capacitor foram ligados em série na protoboard, com o resistor posicionado mais próximo da parte positiva de tal forma que a corrente elétrica fluísse primeiramente  por ele.

Com o objetivo de medir a voltagem presente no circuito, foram instalados multímetros tanto no resistor quanto no capacitor, devidamente ajustados para essa finalidade. Além disso, uma fonte de tensão foi conectada à protoboard, com fios positivos e negativos, e ajustada para fornecer uma tensão constante de 10 volts.

Imagem 1: Circuito analisado no experimento.

[pic 4]

Fonte: Autoral.

        O processo de  carga do capacitor teve duração de 20 minutos. Nos primeiros 2 minutos, foram anotados os valores dos multímetros a cada 10 segundos.  Do 2º até o 10º minuto, os valores foram anotados em um intervalo de 30 segundos. Do 10º ao 20º minuto, os valores foram anotados a cada 60 segundos.

Em seguida, deu-se início à segunda etapa do experimento: o acompanhamento do processo de descarga do capacitor. Para que houvesse a pretendida descarga, o capacitor foi desconectado da fonte de tensão.

O processo durou 10 minutos, e foram medidas, da mesma forma que na primeira parte do experimento, os valores das voltagens no resistor e no capacitor. Os dados foram coletados, do primeiro instante de descarga até o 2º minuto a cada 10 segundos, e do 2º ao 10º minuto a cada 30 segundos.

Além das medidas de voltagem, foram estimados, em ambas as partes do experimento, os valores de corrente elétrica da carga.