Os Indutores e Capacitores

Capacitores e Indutores

Capacitores

Um sistema de dois condutores metálicos de formato qualquer e isolados, chamados normalmente de placas, constitui um capacitor. Carregar um capacitor signica retirar uma certa quantidade de carga Q de uma das placas e deposit a-la na outra e isso se consegue mediante a aplicação de uma diferença de potencial (ddp) entre elas. Uma característica notável dos capacitores é a linearidade entre a carga Q e a ddp V entre as placas:

Q = C .V

Essa relação define a grandeza C, chamada de capacitância, que é  função apenas das dimensões geométricas das placas, separação das mesmas e do material colocado entre elas. Quanto maior a área das placas e menor a distancia entre elas, maior a capacitância.

A unidade de capacitância é o Coulomb/volt que recebeu o nome de Farad, em homenagem a Michael Faraday. E uma unidade muito grande e na prática são utilizados capacitores com capacitância nas escalas de picofarad até microfarad.

Corrente contínua

A corrente contínua (CC, ou em inglês DC – direct current), é o fluxo de elétrons em um único sentido. Uma pilha, por exemplo, cada ponta possui sempre o mesmo sinal. Uma ponta é polo positivo e a outra ponta o polo negativo. Os elétrons se movem do polo negativo, que os repele, para o polo positivo, que os atrai. É usada principalmente em circuitos que usam baixa tensão, como aparelhos eletrônicos. Por isso pilhas e baterias comuns usam de 1,5 a 9 volts. A corrente contínua flui somente se o circuito estiver fechado, interrompendo o fluxo se o circuito for aberto.

O primeiro circuito com capacitor que queremos analisar está esquematizado na Fig. (1). É um circuito em que um resistor R, um capacitor C e uma bateria de tensão V0 estão ligados em série. Nesse circuito a corrente é comum a todos os componentes. Sem o capacitor, a bateria forçaria uma corrente I0 = V0=R: Com o capacitor, a bateria também força um movimento de elétrons só que eles saem da placa (1) e se acumulam na placa (2), já que não há passagem de elétrons por entre as placas de nenhum capacitor.

 A princípio parece que nada mudou e esperar  amos uma corrente I0. De fato, os primeiros elétrons a chegarem na placa (2) estabelecem um corrente I0. Porém, esses primeiros elétrons começam a dificultar a entrada dos demais, devido a repulsão eletrostática gráfico da Fig. (2) ilustra esse comportamento.

A menos de um fator de escala R, a Fig. (2) também ilustra a curva de tensão no resistor, já que VR = R . I0.

A tensão no capacitor é simplesmente Vc = V0-VR.

Vê-se então que é necessário um tempo para se carregar totalmente um capacitor (o mesmo tempo é necessário para descarregá-lo), como se ele tivesse uma inércia para se carregar. Após transcorrido esse tempo a tensão no capacitor é aquela bateria.

Esse tempo de carga deve ser função unicamente dos parâmetros do circuito: V0, R e C. A unidade de R, pela lei de Ohm, é volt/ampére ou volt.segundo/coulomb. Portanto, a única combinação com unidade de tempo é R . C. De fato, pode-se mostrar que no intervalo de tempo

(pi) = R .C (2)

o capacitor adquire (ou perde) cerca de 66 % de sua carga total (ou inicial).   (pi) é chamado de tempo de relaxação ou simplesmente de carga do capacitor.

ou simplesmente tempo de carga do capacitor.

Na prática, os valores de (pi) podem variar desde nanosegundos até segundos. E a comparação entre esse tempo de relaxação e os tempos característicos dos sinais aplicados ao circuito que define o comportamento desse ultimo.

Corrente alternada

A corrente alternada (CA, ou em inglês AC – alternate current), é o fluxo de elétrons que alternam o sentido. Isso se dá pela alternância da polaridade do gerador da corrente. Esse tipo de corrente é gerada através do movimento relativo entre um ímã e uma bobina (fio enrolado como se fosse uma mola comprimida, com todas as voltas se tocando). Como o ímã possui dois polos, o positivo e o negativo, o polo positivo “puxa” os elétrons enquanto que o negativo “empurra”, alternando o sentido do movimento. No Brasil, essa oscilação de polaridade se dá a 60 Hertz (60 vezes por segundo) e a uma tensão de 110 volts.

Vamos agora analisar o nosso circuito RC série da Fig.(1) mas agora ligado a um gerador de corrente alternada de frequência , no lugar da bateria. Para frequências muito baixas, ou seja, de períodos muito maiores que o tempo de carga RC, o capacitor tem tempo para reagir a tensão aplicada. É como se tivéssemos corrente contínua e portanto a amplitude da tensão em é igual a amplitude V0 da tensão no gerador. Já para frequências altas, ou seja, para períodos muito menores que o tempo de carga RC, antes que o capacitor consiga carregar-se, o gerador já trocou de polaridade muitas vezes e portanto o capacitor acaba se carregando muito pouco: vai a zero.