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.
- A carga Q do capacitor é dada pela equação 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.
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: é caracterizado por uma polarização eletrônica combina à espontânea, forma o grupo dos chamados dielétricos de Seignette. Exemplos são o sal de seignette e o metatitanato 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?
- 2. Uma pessoa sofrerá algum dano caso toque num elemento da gaiola de Faraday durante a descarga elétrica?