Qual das seguintes mudanças aumenta a capacitância de um capacitor?

Nesta atividade, nós vamos praticar a descrever o efeito em um capacitor do tamanho de suas placas, por quanto elas são separadas e por que meio as separa.

Q1:

O diagrama mostra as orientações das moléculas polarizadas no dielétrico entre as placas de um condensador. Qual das opções seguintes descreve mais corretamente a carga nas placas do condensador? A cor vermelha representa carga positiva e a carga azul representa carga negativa.

• AAmbas as placas têm cargas positivas iguais.
• BA placa à esquerda tem carga positiva e a placa à direita negativa.
• CA placa à direita tem carga positiva e a placa à esquerda negativa.
• DAs placas não têm carga.
• EAmbas as placas têm cargas negativas iguais.

Q2:

Qual das opções seguintes descreve corretamente o efeito da adição de um dielétrico a um condensador no campo elétrico entre as placas do consdensador? Suponha que as placas do condensador estejam inicialmente separadas apenas por vazio.

• AA intensidade do campo elétrico aumenta.
• BO sentido do campo elétrico inverte.
• CO campo elétrico é convertido num campo magnético.
• DO campo elétrico não é afetado.
• EA intensidade do campo elétrico diminui.

Q3:

Qual das seguintes opções descreve corretamente a propriedade elétrica necessária do dielétrico de um condensador?

• AO dielétrico de um condensador deve ser um semicondutor.
• BO dielétrico de um condensador deve ser um supercondutor.
• CO dielétrico de um condensador deve ser ferromagnético.
• DO dielétrico de um condensador deve ser um isolador elétrico.
• EO dielétrico de um condensador deve ser um condutor elétrico.

Q4:

Qual das seguintes fórmulas relaciona corretamente a área 𝐴 das placas de um condensador de placas paralelas com a capacitância 𝐶 de um condensador, a permissividade 𝜀 do meio entre as placas e a distância 𝑑 entre as placas?

• A𝐶=𝜀𝑑𝐴
• B𝐶= 𝜀𝐴𝑑
• C𝐶=𝜀𝐴𝑑
• D𝐶=𝜀𝐴 𝑑
• E𝐶=𝐴𝑑𝜀

Q5:

Qual das seguintes é uma definição correta do dielétrico de um condensador?

• AO dielétrico de um condensador é a diferença entre as intensidades dos campos elétricos entre as placas do condensador.
• BO dielétrico de um condensador é o meio entre as placas do condensador.
• CO dielétrico de um condensador é a diferença entre os potenciais elétricos nas placas do condensador.
• DO dielétrico de um condensador é a diferença entre as densidades de carga nas placas do condensador.
• EO dielétrico de um condensador é a razão da área das placas do condensador para a distância entre as placas.

Q6:

O diagrama mostra as orientações das moléculas polarizadas no dielétrico entre as placas de um capacitor. Qual das alternativas a seguir descreve mais corretamente a carga nas placas do capacitor? Vermelho representa carga positiva e azul representa carga negativa.

• AAs placas estão descarregadas.
• BA placa da esquerda está carregada positivamente e a placa da direita negativamente.
• CA placa da direita está carregada positivamente e a placa da esquerda não está carregada.
• DA placa da esquerda está carregada positivamente e a placa da esquerda não está carregada.
• EA placa da direita está carregada positivamente e a placa da esquerda negativamente.

Q7:

A permissividade relativa do vazio é uma constante adimensional igual a um. Se o espaço entre as placas de um condensador contém inicialmente apenas vazio e é preenchido com uma substância dielétrica, qual das opções seguintes deve ser verdadeira em relação à permissividade relativa do dielétrico?

• AA permissividade relativa é infinita.
• BA permissividade relativa é maior do que um.
• CA permissividade relativa é igual a zero.
• DA permissividade relativa é menor do que um.
• EA permissividade relativa é igual a um.

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Departamento de Física - UFF
Fis Exp II - 2020.2 Turma: CD
Nomes: Fillipi Monteiro Cunha
Vicente Stutz Oliveira
Capacitores
Este laboratório usa o simulador Capacitor Lab: Basics da PhET Simulações Interativas da Universidade de Colorado
Boulder, sob a licença CC-BY 4.0.
Use o link para acessar o simulador:
https://phet.colorado.edu/sims/html/capacitor-lab-basics/latest/capacitor-lab-basics_en.html
Introdução
Clique em "Capacitância".
Reserve um momento para examinar a simulação e aprender sobre cada uma das
funções. Clique no botão Redefinir quando terminar.
C - Capacitância (F)
V - Potencial (V)
Q - Carga (C)
Para um capacitor de placa paralelo, a capacitância (C) depende da área das placas, da distância entre as placas e
do meio entre as placas. Como a simulação não tem uma opção dielétrica, definiremos κ = 1.
A capacitância é então dada como:
C = ε0 A / d
A carga nas placas é dada como:
Q = CV
Quando o capacitor está conectado à bateria, a carga se acumula no capacitor.
A diferença de potencial nas placas está relacionada ao campo elétrico como:
V = Ed ou E =V/d
A energia potencial (energia armazenada) em um capacitor carregado é armazenada no campo elétrico entre as placas:
U = ½ QV = ½ CV²
Quando o capacitor é desconectado do circuito, a carga nas placas permanece constante.
Quando o capacitor é conectado a um resistor, como uma lâmpada, ele descarrega (perde sua
carga). Algumas informações antes de começarmos:
Todos os parâmetros (cargas da placa, gráficos de barras, campo elétrico e direção da corrente) devem
ser selecionados.
Todos os parâmetros (capacitância, carga da placa superior e energia armazenada) devem ser selecionados.
Lembre-se de que a carga da placa superior nunca exibe negativo. A carga positiva ocorre quando o gráfico
é vermelho e o negativo é azul.
Conecte o voltímetro no capacitor colocando o vermelho na placa superior e o preto na parte inferior.
Verifique se a voltagem no voltímetro é igual à voltagem da bateria. Se o voltímetro apresentar negativo,
troque o vermelho e o preto.
A quantidade de corrente depende do brilho da seta. Se a seta desaparecer, a corrente está diminuindo. Se
a seta ficar mais brilhante, a corrente está aumentando. Se não houver flecha, não há corrente.
Questões:
Fazendo previsões:
Capacitor conectado à bateria
1. Com base nas equações acima, você acha que as quantidades listadas (Q, C, V, E e U) aumentarão
(I), diminuirão (D) ou permanecerão iguais (S) se cada uma das seguintes alterações são feitas?
Quantidade Aumenta Separação Aumenta Área
da Placa
Aumenta V da
bateria
Capacitância (C) do capacitor Diminuirá Aumentará Permanecerá igual
Carga (Q) em cada placa Diminuirá Aumentará Aumentará
Voltage (V) do capacitor Permanecerá igual Permanecerá igual Aumentará
Campo elétrico (E) entre
as places
Diminuirá Aumentará Aumentará
Energia armazenada (U)
do capacitor
Diminuirá Aumentará Aumentará
Capacitor desconectado da bateria
2. Você acha que as quantidades listadas (Q, C, V e U) aumentarão (I), diminuirão (D) ou permanecerão as mesmas (S)
se cada uma das seguintes alterações for feita?
Quantidade Aumenta Separação Aumenta Área
da Placa
Carga (Q) em cada placa Permanecerá igual Permanecerá igual
Capacitância (C) do capacitor Diminuirá Aumentará
Voltagem (V) do capacitor Aumentará Diminuirá
Energia armazenada (U)
do capacitor
Aumentará Diminuirá
3. A corrente aumenta ou diminui ao carregar um capacitor?
À medida que o capacitor é carregado a corrente diminui.
4. Quão forte é a corrente quando um capacitor está totalmente carregado? Por quê?
Quando o capacitor está totalmente carregado, a corrente é nula, uma vez que não há fluxo de energia, pois as
cargas não estão em movimento, já que para haver corrente elétrica as cargas precisam estar em movimento.
5. Qual é a direção do campo elétrico? Por quê?
A direção do campo elétrico é perpendicular à placa apontando sempre das placas positivas para as negativas.
Que mudanças (aumento ou diminuição) você teve que fazer em cada um dos parâmetros listados (Separação, Área e
Tensão) para causar um aumento nas quantidades (Q, C, V e U)? Se uma alteração de parâmetro não causar alteração
na quantidade, indique isso.
Quantidade Separação Área da placa
Aumento capacitância (C) do capacitor Diminuição Aumento
Aumento carga (Q) em cada placa Não altera Não altera
Aumento voltagem (V) do capacitor Aumento Diminuição
Aumento energia armazenada (U)
do capacitor
Aumento Diminuição
Brincando com capacitor
Capacitor conectado à bateria
Aumente lentamente a voltagem da bateria para 0,75 V.
2. A corrente aumenta ou diminui ao carregar um capacitor?
À medida que o capacitor é carregado a corrente diminui.
3. Qual é a força da corrente quando um capacitor está totalmente carregado? Por quê?
Quando o capacitor está totalmente carregado, a corrente é nula, uma vez que não há fluxo de energia, pois as
cargas não estão em movimento, já que para haver corrente elétrica as cargas precisam estar em movimento.
4. Qual é a direção do campo elétrico?
A direção do campo elétrico é perpendicular à placa apontando das placas positivas para as negativas.
Que mudanças (aumento ou diminuição) você teve que fazer em cada um dos parâmetros listados (Separação, Área
e Tensão) para causar um aumento nas quantidades (Q, C, V e U)? Se uma alteração de parâmetro não causar
alteração na quantidade, indique isso.
Quantidade Separação Área da placa V da bateria
Aumento capacitância (C) do capacitor Diminuição Aumento Não altera
Aumento carga (Q) em cada placa Diminuição Aumento Aumento
Aumento voltagem (V) do capacitor Não altera Não altera Aumento
Aumento energia armazenada (U)
do capacitor
Diminuição Aumento Aumento
Altere a polaridade da tensão da bateria de 0,75 V para -0,75 V.
5. Qual é a direção do campo elétrico?
A direção do campo elétrico é perpendicular à placa apontando das placas positivas para as negativas.
Capacitor desconectado da bateria
Que mudanças (aumento ou diminuição) você fez em qualquer um dos parâmetros (Separação ou Área) que
causaram um aumento nas quantidades (Q, C, V e U)?
Inclua uma explicação do motivo pelo qual cada quantidade causou ou não uma alteração. Você pode usar equações
ou palavras em suas explicações.
6. Aumente a carga (Q) em cada placa:
Quando o capacitor está desconectado da bateria a carga Q não se altera, uma vez que não há fonte de tensão para
enviar cargas elétricas, logo fazer alteração na separação ou na área das placas não muda o valor da carga em cada
placa.
7. Aumente a capacitância (C) do capacitor:
Para aumentar a capacitância do capacitor foi necessário diminuir a separação entre as placas e aumentar a área da
placa, assim como mostra a fórmula C = 𝛆0 A / d , em que a área é diretamente proporcional à capacitância e a
distância d é inversamente proporcional.
8. Aumente a tensão (V) no capacitor:
Para aumentar a tensão foi necessário aumento da separação das placas e diminuição da área da placa, o que é
comprovado pela fórmula Q / V = 𝛆0 A / d , em que a tensão é diretamente proporcional à distância d entre as placas
e inversamente proporcional à área da placa.
9. Aumente a energia armazenada (U) do capacitor:
Para aumentar a energia armazenada do capacitor foi necessário aumento da separação entre as placas e diminuição
da área da placa, uma vez que a energia potencial depende de forma proporcional à distância entre as placas e
inversamente proporcional à área da placa.
Na parte inferior da simulação, clique em "Lâmpada".
Reserve um momento para examinar a nova simulação e ver como isso difere. Você deve notar que tudo é o
mesmo, exceto agora que existe uma lâmpada (um resistor) para que você possa descarregar o capacitor. Clique no
botão redefinir quando terminar de jogar.
Fazendo previsões
Conectando o capacitor à lâmpada
10. Como você acha que cada uma das quantidades mudará (aumentará, diminuirá ou permanecerá a mesma) quando
o capacitor estiver conectado à lâmpada?

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Quais os fatores que alteram a capacitância de um capacitor?

Quando a capacitância aumenta?

Como mudar a capacitância de um capacitor?

Por que um dielétrico aumenta a capacitância de um capacitor?