A capacitância é inversamente proporcional ao módulo do campo elétrico

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• Quais são os fatores que influenciam na capacitância?
• Qual das seguintes mudanças aumenta a capacitância de um capacitor?
• O que é a capacitância?
• O que acontece se aumentar a capacitância?

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Capacitores ou condensadores - O que são, para que servem e como funcionam
Nesse artigo vamos estudar sobre os capacitores, também conhecidos por condensadores, que são dispositivos usados armazenar energia em circuitos elétrico e eletrônico, que junto com osresistores, são os dois elementos de circuitos mais importantes.
O que é um capacitor
Que a eletricidade foi uma das descobertas que mais revolucionaram a história da humanidade, todos sabem e ninguém duvida. Porém, logo após descobrir e manusear a corrente elétrica, um dos maiores problemas e preocupações foi: "Como armazenar as cargas elétricas ?"
A utilidade disso é vasta: armazenar e usar a energia dessas cargas elétricas quando quiser, além de aumentar os efeitos elétricos, decorrente de um alto acúmulo de cargas, o armazenamento de cargas é usado para experiências, para atender altas demandas, para gerar energia quando não há demanda etc.
E é isso que é um capacitor, um dispositivo que armazena energia elétrica armazenando cargas elétricas, para que possam ser utilizadas, guardadas e transferidas de uma maneira mais flexível.
Como funciona um Capacitor
A característica principal do funcionamento dos capacitores é o acúmulo de cargas opostas, em duas placas, separadas por um material isolante (chamados dielétricos) e essas placas ficam o mais próximas, uma da outra, o possível. Como são cargas opostas, elas se atraem, ficando portanto, armazenadas nas superfícies das placas mais próximas do isolante.
Também devido a essa atração e orientação das cargas, um campo elétrico é criado entre as placas, através do material dielétrico do capacitor. Ao contrário do que muitos pensam, a energia que o capacitor armazena não advém das placas, e sim do campo elétrico entre elas. É, portanto, uma energia de campo eletrostático.
A propriedade da capacitância
A capacitância é uma propriedade medir a eficiência dos capacitores, para testes e comparações.
O valor da capacitância é diretamente proporcional ao módulo das cargas em uma das placas e inversamente proporcional a diferença de potencial (voltagem) nas placas do capacitor.
Logo, representando a capacitância pela letra C:
Sabemos que, quanto mais carga, mais intenso é o campo elétrico, podemos concluir que a capacitância é diretamente proporcional a área, pois a carga em uma placa é proporcional a área em que as cargas estão distribuídas (pois as cargas se pocisionam de modo uniforme).
Também sabemos que o campo elétrico é inversamente proporcional a distância entre as cargas.
Logo, quando menor a distância entre as placas, maior é a capacidade de armazenamento do capacitor.
A capacitância também é proporcional ao nível de isolmanto dielétrico entre as placas do capacitor.
A capacitância pode ser dada também, por
A unidade da capacitância é Farad (F), que é igual a razão entre a carga elétrica (C) pela voltagem (V).
Energia armazenada no capacitor
Um fator que muito nos interessa à respeito do capacitor, é mensurar sua capacidade de armazenamento de energia, pois esse valor nos fornece a quantidade de energia que podemos extrair de um capacitor. Um grande exemplo de uso dos capacitores, ou condensadores, são os capacitores eletrolíticos, mostrados ao lado.
Se energia é armazenada no capacitor quando ele está carregado de cargas, o capacitor estará sem energia quando for totalmente descarregado eletricamente.
Ou seja, para sabermos a energia armazenada em um capacitor de capacitância C, de d.d.p V que possui carga de módulo Q em cada placa, a energia que ele pode fornecer é igual ao trabalho de levar a carga de uma das placas até a outra, pois elas são iguais em módulo mas de sinal oposto.
Sabemos que o trabalho realizado para movimentar um carga dq entre dois pontos, cuja diferença de potencial entre eles é V, será dispendida uma energia de:
dE = V.dq
Como a carga varia a carga de Q até 0 quando descarrega, para carregar, devemos fornecer um trabalho de quando a carga se inicia em 0 e vai até Q. Integrando:
Logo:
Mas como Q=CV
Capacitores e corrente elétrica
Sabemos que corrente elétrica é um fluxo de cargas em um intervalo de tempo.
Como há variação de carga no tempo, quando o capacitor está carregando ou descarregando, há também uma corrente elétrica, de valor variável, atuando no circuito.
Matematicamente:
Vale ressaltar que, como há um material dielétrico (isolante) entre as placas de um capacitor, a corrente elétrica gerada não passa diretamente de uma placa pra outra. Seu efeito é de armazenar/fornecer carga, e isso gera uma d.d.p nos terminais do capacitor.
Quando o capacitor está totalmente carregado ou descarregado, não há corrente saindo/entrando no capacitor, pois não há mais fluxo de carga. Quando o capacitor está totalmente carregado, dizemos que ele alcançou seu regime estacionário, e quando está totalmente descarregado, dizemos que ele está aberto.
Associação de capacitores
Assim como nos resistores, podemos combinar a posição dos capacitores de modo a obter uma capacitância desejada para nossos fins. Essas posições entre capacitores podem ser em paralelos ou em série.
Capacitores em série:
Sejam os capacitores de capacitâncias:
E que estejam em série, ou seja, um ao lado do outro.
Podemos substituir todos esses capacitores por um só, de capacitância equivalente que vale:
Capacitores em paralelo:
Sejam os capacitores de capacitâncias:
E que estejam em paralelo, ou seja, todos estão ligados sob um mesmo potencial, entre os mesmos terminais.
Podemos substituir todos esses capacitores por um só, de capacitância equivalente que vale:
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