Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

Graduação → Eletromagnetismo → Eletrostática ↓


Capacitância e Dielétrico


No fascinante campo do eletromagnetismo, a capacitância é um conceito que desempenha um papel vital, especialmente no design de circuitos e muitos dispositivos eletrônicos. Combinada com o conceito de dielétricos, torna-se ainda mais poderosa em uma variedade de aplicações.

O que é capacitância?

A capacitância é uma medida da habilidade de um capacitor de armazenar carga por unidade de tensão. Para entender melhor a capacitância, vamos primeiro entender o que é um capacitor.

O básico: O que é um capacitor?

Um capacitor é um dispositivo que armazena energia elétrica em um campo elétrico. Consiste em dois condutores separados por um material isolante chamado dielétrico. Quando uma diferença de potencial (tensão) é aplicada aos condutores, um campo elétrico se desenvolve no dielétrico, causando o acúmulo de carga nas placas. É assim que a energia é armazenada em um capacitor. 

Fórmula: C = Q / V

Onde:

  • C é a capacitância medida em Farads (F).
  • Q é a carga armazenada em coulombs (C).
  • V é a tensão através do capacitor em volts (V).

Exemplo de cálculo

Se um capacitor armazena uma carga de 2 coulombs e uma tensão de 4 volts é aplicada a ele, a capacitância é dada por: 

C = Q / V = 2C / 4V = 0.5F

Isso significa que a capacitância do capacitor é de 0.5 Farad.

Papel do dielétrico

Dielétricos são materiais isolantes colocados entre as placas de um capacitor. Eles servem a vários propósitos, como aumentar a capacitância sem permitir que a carga flua entre as placas, pois não conduzem eletricidade.

Efeito do dielétrico na capacitância

Quando um dielétrico é adicionado, a capacitância de um capacitor aumenta. A constante dielétrica (também chamada de permissividade relativa, k) indica o quanto um material dielétrico pode aumentar a capacitância em comparação com o vácuo. A capacitância C com dielétrico é dada por: 

C = K * C₀

Onde C₀ é a capacitância sem dielétrico (no vácuo ou no ar), e k é a constante dielétrica.

Inserção de dielétrico: um exemplo visual

Dielétrico Placa 1 Placa 2

A imagem acima mostra uma configuração básica de capacitor com duas placas e um dielétrico entre elas. Note que o dielétrico não faz contato com as placas, mas sim fica entre elas, aumentando a capacitância.

Exemplo de cálculo com dielétrico

Considere um capacitor cuja capacitância é de C₀ = 1 μF quando há ar entre suas placas. Suponha que preenchamos o espaço com um material dielétrico com constante dielétrica de 2.5. A nova capacitância pode ser calculada como: 

C = 2.5 * 1 μF = 2.5 μF

Esse aumento na capacitância torna o capacitor mais eficaz no armazenamento de carga para a mesma tensão.

Energia armazenada em um capacitor

Um capacitor não apenas armazena carga; ele também armazena energia. A energia (U) armazenada em um capacitor pode ser calculada usando a fórmula: 

U = 1/2 * C * V²

Vamos explicar com um exemplo. Se um capacitor com capacidade de 1 μF for carregado a uma tensão de 10V, a energia armazenada será: 

U = 1/2 * 1 * 10² = 50 μJ

Essa energia pode ser usada para realizar trabalho, como alimentar uma pequena lâmpada ou permitir o backup de dados em um sistema antes de ocorrer uma queda de energia.

Tipos de capacitores

Existem diferentes tipos de capacitores, cada um com propriedades e usos únicos, incluindo:

  • Capacitores Cerâmicos: Frequentemente usados para aplicações de alta frequência.
  • Capacitores Eletrolíticos: Adequados para aplicações que requerem altos valores de capacitância.
  • Capacitores de Filme: Fornecem capacitância estável em uma ampla faixa de temperaturas.
  • Capacitores de Tântalo: Conhecidos por boa estabilidade e alta capacitância em tamanhos pequenos.

Características de um capacitor cerâmico

Cerâmico Clue

Um simples capacitor cerâmico é mostrado no diagrama. Eles são amplamente utilizados devido à sua capacidade de operar em frequências muito altas, sua não polaridade e seu custo relativamente baixo.

Aplicações práticas da capacitância e do dielétrico

Capacitores são usados em quase todos os dispositivos eletrônicos. Aqui estão algumas aplicações:

  • Armazenamento de Energia: Capacitores podem armazenar energia para uso posterior, como em circuitos de flash de câmeras.
  • Condicionamento de Energia: Capacitores suavizam a saída de uma fonte de alimentação filtrando picos de tensão.
  • Processamento de Sinais: Em sistemas de áudio, capacitores bloqueiam corrente DC enquanto permitem que sinais AC passem através.

Um exemplo simples de circuito

Imagine um circuito RC (resistor-capacitor) simples onde um capacitor é conectado em série com um resistor e uma fonte de alimentação. Tais circuitos são tipicamente usados para criar sinais atrasados ou filtrados. 

              + ------- R ------- C ------- -
             ,
             ,

Quando o interruptor é fechado, a corrente começará a carregar o capacitor. O tempo que leva para carregar o capacitor pode ser controlado pelos valores de resistência e capacitância.

Conclusão

Compreender a capacitância e os dielétricos é vital para entender aspectos do eletromagnetismo e projetar sistemas elétricos e eletrônicos eficientes. A capacitância permite que um dispositivo armazene energia, enquanto os dielétricos aumentam a eficiência de um capacitor aumentando sua capacidade de armazenar carga. Com esse entendimento, é possível apreciar o importante papel que os capacitores desempenham no mundo tecnológico moderno.


Graduação → 2.1.5


U
username
0%
concluído em Graduação

← Anterior (2.1.4)
Lei de Gauss
Próximo (2.1.6) →
Dipolo elétrico e energia potencial

Comentários 



Capacitância e Dielétrico

https://www.physicsflow.com/ug/2.1.5?pfal=pt