CAPACITOR E INDUTOR EM CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA

EXPERIÊNCIA 6 – CAPACITOR E INDUTOR EM CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA

1. – INTRODUÇÃO TEÓRICA

1.1 – CAPACITOR

O capacitor é um dispositivo utilizado nos circuitos elétricos que apre- senta um comportamento em corrente contínua (CC), diferente do comporta- mento em corrente alternada (CA). Em corrente contínua após se carregar com cargas elétricas, permanece carregado até que seja forçado a descarregar-se, sendo utilizado em circuitos com a finalidade de manter a tensão estável sendo chamado nessas condições de filtro capacitivo.

1.1.1 – Construção e características

Um capacitor é um dispositivo formado basicamente de placas de mate- rial bom condutor, denominadas de armaduras, separadas por um material iso- lante denominado dielétrico.

1.1.2 – Alguns tipos de capacitores

Capacitores comercialmente disponíveis são especificados pelo dielétri- co utilizado e pela forma como é construído (fixo ou variável). Na prática quando o capacitor é submetido a um campo elétrico, circula uma pequena corrente pelo dielétrico, conhecido como corrente de fuga. Esta corrente é geralmente de baixo valor e pode ser considerada desprezível. Os capacitores cerâmicos são construídos a partir da deposição ou co- lagem de um metal bom condutor sobre uma cerâmica de elevada constante dielétrica. Os capacitores cerâmicos de placa são constituídos por uma folha cerâmica em cuja superfície encontram-se colados os eletrodos.

Os capacitores multicamada são formados por sucessivas folhas de material cerâmico em cuja superfície encontra-se depositado um metal bom condutor, tipicamente o paládio ou a platina.

No capacitor de filme plástico, dielétricos de filme plástico como poli- éster, separam superfícies metalizadas usadas como placas. O capacitor de mica consiste de um conjunto de placas dielétricas de mica alternadas por folhas metálicas condutoras. O capacitor eletrolítico consiste de duas placas de alumínio separadas por um eletrólito e um dielétrico formado por uma camada de óxido de alumí- nio. Este tipo de capacitor possui altos valores de capacitância, na faixa de  F até F. As correntes de fuga são geralmente maiores do que aos demais tipos de capacitores. Existem ainda, os capacitores de tântalo, construídos a base de óxido de tantalita muito utilizados em eletrônica.

Os capacitores variáveis geralmente utilizam o ar como dielétrico e possuem um conjunto de placas móveis que se encaixam num conjunto de pla- cas fixas. Outro tipo de capacitor variável é o trimmer, formado por duas ou mais placas separadas por um dielétrico. Um parafuso é montado de forma que ao apertá-lo, as placas são comprimidas contra o dielétrico reduzindo a distân- cia entre elas e, consequentemente, aumentando a capacitância.

Os valores de capacitância podem ser estampados no capacitor ou indi- cados por código de cores, como já apresentados para o resistor, entretanto as faixas podem ter significados diferentes.

1.1.3 – Comportamento do capacitor em corrente contínua

Aplicando-se uma tensão continua nos terminais de um capacitor inici- almente descarregado, a corrente será alta, pois o capacitor se opõe as varia- ções bruscas de tensão. Após essa situação inicial, a corrente diminui gradati- vamente, pois à medida que o tempo passa, o capacitor se carrega obedecen- do a uma função exponencial, até atingir zero, quando estiver totalmente carre- gado. À medida que a corrente diminui, a tensão nos terminais do capacitor aumenta exponencialmente até atingir a tensão máxima imposta pela fonte. Devido a esse comportamento, diz-se que a tensão e a corrente no capacitor estão defasadas entre si, sendo que a corrente está adiantada da tensão.

1.1.4 – Circuito RC ligado a uma fonte de tensão contínua

A figura abaixo mostra um circuito RC ligado a uma fonte de corrente contínua. O capacitor no circuito encontra-se descarregado.

Ao ser fechada a chave do circuito, a tensão no capacitor não atingirá o seu valor máximo instantaneamente. A tensão no circuito aumentará exponen- cialmente com o tempo e somente após cinco vezes a constante de tempo do circuito atingirá mais de 99% do valor máximo. A tensão nos terminais do ca- pacitor é calculada por: ) 1.( .C R t eVVC   .

1.1.5 – Capacitor em corrente alternada

Em corrente alternada o capacitor também age como filtro, pois oferece uma oposição à passagem da corrente de certas frequências. Essa oposição denominada reatância capacitiva, que depende além da frequência, da capa- citância do capacitor.

1.1.6 – Circuito RC ligado a uma fonte de tensão alternada senoidal

Em corrente alternada o capacitor irá carregar-se ora num sentido e ora no outro, seguindo as variações da tensão imposta pela fonte de tensão alter- nada. Como foi observado para o circuito RCem corrente continua, a corrente está adiantada da tensão no capacitor. Com a corrente alternada, também será verificado este fato. Considerando a tensão da fonte senoidal, a corrente no circuito será cossenoidal. Como seno e cosseno têm diferença angular de 90°, diz-se que a corrente está adiantada de 90° da tensão. )90.(.).cos(  tsent 

1.1.7 – Reatância capacitiva

O capacitor submetido à tensão alternada com comportamento senoidal oferece uma oposição à passagem da corrente, denominada reatância capaci-

tiva, calculada pela seguinte expressão:

Cf

Xc

...2 1  

Onde: Xc- é a reatância em ohm () f - é a frequência em hertz (Hz) C- e a capacitância em farads (F )

1.2 – Indutor

O indutor é um dispositivo utilizado nos circuitos elétricos que apresenta um comportamento em corrente contínua (CC) diferente do comportamento em corrente alternada (CA). Em corrente contínua produz um campo magnético, semelhante ao de um imã, sendo utilizado na construção de dispositivos cha- mados eletroímãs.

1.2.1 – Construção e características

O indutor é um elemento de circuito que armazena energia no campo magnético produzido pela passagem da corrente