Capacitores: A Energia armazenada pela unidade de flash de uma máquina fotográfica

A Energia armazenada pela unidade de flash de uma máquina fotográfica é armazenada em um capacitor que consiste de dois condutores separados por uma pequena distância e que possuem cargas contrárias. Caso a quantidade de carga nos condutores seja duplicada, qual será o factor de aumento da energia armazenada?

Um capacitor é um sistema constituído por dois condutores separados por um isolante (ou imersos no vácuo). Em quase todas as aplicações práticas, cada condutor possui, inicialmente carga líquida igual a zero e há transferência de electrões de um condutor para o outro; dizemos, nesse caso que o capacitor está sendo carregado. No equilíbrio, os dois condutores possuem cargas de mesmo módulo, mas de sinais contrários, e a carga líquida no capacitor como um todo permanece igual a zero.

Partindo da suposição de que esse caso sempre seja válido. Quando afirmamos que um capacitor possui carga Q, ou que existe uma carga Q armazenada em um capacitor, queremos dizer que o condutor que está a um potencial mais elevado possui carga +Q e o condutor com potencial mais baixo possui carga –Q (Supondo que Q seja positiva).

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Nesses símbolos, a linha vertical representam os condutores e a linha horizontal, fios conectados aos condutores. Um método comum de carregar um capacitor consiste em conectar esses dois fios aos terminais opostos de uma bateria. Quando as cargas +Q e –Q são estabelecidas sobre os condutores, os fios são desconectados da bateria. Isso fornece uma diferença de potencial fixa Vab entre os condutores (ou seja, o potencial do condutor com carga positiva a em relação ao condutor com carga negativa b), que é precisamente igual à voltagem da bateria.

O Campo eléctrico em qualquer ponto na região entre os condutores é proporcional ao módulo Q da carga em cada condutor. A Partir disso, podemos concluir que a diferença de potencial Vab entre os condutores também é proporcional a Q. Quando dobramos o módulo da carga de cada condutor, dobramos também a densidade de carga em cada ponto, o campo eléctrico em cada ponto e a diferença de potencial entre os condutores; contudo, a razão entre a carga e a diferença de potencial não varia. Essa razão é chamada de capacitância C do capacitor.

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(Definição de Capacitância)

A unidade SI de capacitância é um farad (1 F ), em homegem a Michael Faraday, físico inglês do século 19. Pela equação acima, um farad é igual a um coulomb por volt (1 C/V).

1 F = 1 farad = 1 C/V = 1 Coulomb/volt

Quanto maior for a capacitancia C de um capacitor, maior será o módulo Q da carga em cada condutor para uma dada diferença de potencial Vab e, portanto, maiora energia armazenada. Portanto, a capacitancia é medida da capacidade de armazenar energia de um dado capacitor.

O Valor da capacitancia depende somente da forma e do tamanho de cada condutor e da natureza do material isolante que existe entre os condutores.

Cálculo da Capacitância: Capacitores no vácuo

Podemos calcular a capacitância C de um dado capacitor determinando a diferença de potencial Vab entre os condutores para um dado módulo da carga Q e, a seguir, usando a equação.

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Nota: Quando a distância entre as placas é menor do que as dimensões das placas, a distorção do campo eléctrico nas bordas do capacitor é desprezível.