Dielétrico em Capacitores

Dielétrico em Capacitores

Capacitor

• Os capacitores são dispositivos passivos utilizados em circuitos eletrônicos como filtros e acumuladores de energia. Qualquer pedaço de um isolador ou isolante, que se localiza entre duas partes condutoras, entre as quais existe uma diferença de potencial, pode ser encarado como um capacitor, com uma capacitância específica.
• Capacitores são constituídos por dois condutores separados por um isolante. Os condutores são chamados armaduras (ou placas) do capacitor e o isolante é o dielétrico do mesmo. Tal dielétrico pode ser um isolante qualquer como o vidro, a parafina, o papel e, muitas vezes, o próprio ar.
• Podem ser esféricos, cilíndricos ou planos, de acordo com a forma de suas armaduras. Quando eletrizadas, as armaduras armazenam cargas elétricas de mesmo valor absoluto, porém de sinais contrários.

Arquivo:Capacitor.odg

• Capacitäncia
  • O capacitor tem inúmeras aplicações na elétrica e na eletrônica, podendo servir para armazenar energia elétrica, carregando-se e descarregando-se muitas vezes por segundo.
  • A quantidade de carga armazenada na placa de um capacitor é diretamente proporcional à diferença de potencial entre as placas.
  • A propriedade que estes dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada de capacitância (C) e é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial (U) que existe entre as placas:
  • Q = CU, onde C é a capacitância e U a tensão aplicada.

• Da definição de carga Q resulta a propriedade dielétrica conhecida por constante dielétrica, ε, dada por ε=Q/Q0 , onde Q0 é a carga do capacitor quando o dielétrico é o vácuo.
• Os capacitores podem ser fabricados em diferentes arranjos utilizando diferentes materiais como dielétrico.

• Existem vários tipos de capacitores:
  • Capacitor de papel
  • Capacitor de mica
  • Capacitor de cerämica
  • Capacitores de óleo
  • Capacitor eletrolíticos
  • Capacitores variáveis

Capacitores eletrolíticos

• Capacitores eletrolíticos são usados onde se requer um elemento de grande capacidade. Como o nome esclarece, eles exigem um eletrólito que podem estar na forma de um líquido (capacitor de eletrólito líquido) ou uma pasta (capacitor de eletrólito seco)

Complementar

Dielétrico

• Dielétricos ou materiais isolantes se caracterizam por oferecerem uma considerável resistência à passagem da corrente elétrica, comparativamente ao valor intrínseco correspondente dos materiais condutores.
• Num dielétrico real, as misturas de estruturas de matérias-primas levam à presença simultânea de diversas formas de polarização. As características polarizantes permitem classificar os dielétricos em cinco grupos:
  • 1º grupo: reúne os dielétricos onde predomina a polarização eletrônica. Incluem-se nesse grupo todos os materiais amorfos e cristalinos sólidos, cujas moléculas apresentam ausência ou fraco momento dipolar (parafina, enxofre, polistirol), bem como os líquidos e gases de igual comportamento (benzol e hidrogênio).
  • 2º grupo: a este pertencem dielétricos onde se encontram polarização eletrônica e iônica. Incluem-se nesse grupo os isolantes cristalinos com compacta carga iônica, como o quartzo, o sal, a mica e o óxido de alumínio.
  • 3º grupo: caracteriza-se por uma polarização eletrônica e de estrutura. Parte dos materiais pertencentes a esse grupo ainda apresenta polarização iônica. Como exemplos podem-se citar os dielétricos orgânicos (celulose, resinas sintéticas termofixas), bem como vidros e isolantes cristalinos (porcelana e mica).
  • 4º grupo: apresenta uma composição de polarização eletrônica e dipolar. Como exemplos, o askarel, o óleo de rícino e outro produtos geralmente líquidos e pastosos.
  • 5º grupo: Conhecida como ferroelétrico, é caracterizado por uma polarização eletrônica combinada e espontânea, forma o grupo dos chamados dielétricos de Seignette. Exemplos são o sal de seignette e o Titanato de bário.

Propriedades de capacitores comerciais:

Gaiola de Faraday

• Gaiola de Faraday é a designação pela qual se tornou conhecida uma experiência efetuada por Michael Faraday, em 1836, para demonstrar que uma superfície condutora eletrificada possui um campo elétrico nulo no seu interior. Isso acontece porque as cargas se distribuem de forma homogênea na parte mais externa da superfície condutora, deixando de haver manifestação de fenômenos elétricos no seu interior. Para provar esse efeito, Faraday construiu uma gaiola de metal carregada por um gerador eletrostático de alta voltagem e colocou um eletroscópio no seu interior para verificar que os efeitos do campo elétrico gerado pela gaiola eram nulos.

• A gaiola de Faraday, ou blindagem eletrostática, é usada para proteger instrumentos e aparelhos de grande sensibilidade colocados no seu interior. Também serve para garantir a segurança de instalações perigosas como paióis e locais de preparação de explosivos. A proteção de edifícios contra descargas atmosféricas é outra aplicação da gaiola.

Funcionamento

• A gaiola de Faraday baseia-se no fato de que um condutor, quando carregado, tende a espalhar suas cargas uniformemente por toda a sua superfície. Se esse condutor for uma esfera oca, por exemplo, as cargas serão distribuídas pela superfície externa. Visto que as cargas se repelem, tenderão a se afastar o máximo possível umas das outras, concentrando-se na periferia. Os efeitos de campo eléctrico criados no interior do condutor acabam se anulando, obtendo assim um campo elétrico nulo.

Experiência prática

• Água como dielétrico: https://www.youtube.com/watch?v=-dzae5_BWus

• Gaiola de Faraday: https://www.youtube.com/watch?v=jYNZUW9C8z0

Questões

• 1. O que aconteceria com o dielétrico caso seu valor limite de solicitação elétrica fosse ultrapassado?
  • Todos os dielétricos possuem um valor limite de solicitação elétrica, valor esse que é característico de cada material sob condições normalizadas pré-especificadas. Sendo ultrapassados esses valores, ocorre uma modificação geralmente irreversível no material como, por exemplo, sua ruptura dielétrica, deformação permanente, modificação estrutural, etc. Frequentemente, essa deformação afeta fundamentalmente as propriedades isolantes do dielétrico.

• 2. Uma pessoa sofrerá algum dano caso toque num elemento da gaiola de Faraday durante a descarga elétrica?
  • Se alguém tocar num elemento da gaiola de Faraday durante uma descarga elétrica não sofrerá danos desde que o seu corpo não constitua um caminho de menor resistência. Se a gaiola não estiver perto ou em contato direto com a Terra, o corpo poderá ser eletrocutado se o caminho de menor resistência passar por ele.

• 3. Qual o princípio do dínamo inventado por Faraday?
  • O dínamo converte energia mecânica em energia elétrica através de indução eletromagnética. Esse equipamento consiste basicamente de um ímã fixo em um eixo móvel, sendo que ao redor deste há uma bobina, sem que haja contato físico entre os dois. A energia mecânica faz girar o eixo no qual se encontra o ímã, o que alterna os polos norte e sul na bobina e, por indução, gera energia elétrica e um campo magnético. Tal fenômeno pode ser explicado pela Lei de Lenz, que estabelece que o sentido da corrente induzida é oposto da variação do campo magnético que a gera. Assim, a variação de um campo eletromagnético gera corrente elétrica.
  • Os dínamos podem retirar energia mecânica das turbinas, que podem ser frias (no caso da queda d'água) ou quentes (no caso do vapor da água).

• 4. Qual a desvantagem dos capacitores eletrolíticos?
  • Com o passar do tempo, os capacitores eletrolíticos perdem progressivamente a sua capacitância, deixando desprotegidos os componentes a ele associados. O capacitor passa, assim, a atuar como um condutor qualquer, perdendo sua função. Sem a proteção proporcionada por ele, os circuitos passam a receber diretamente as variações de corrente, o que, além de abreviar sua vida útil, torna o sistema como um todo mais e mais instável.