Capacitores, Notas de estudo de Eletromecânica

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Eletrônica Eletrônica básica - Teoria

Capacitores

Capacitores

© SENAI-SP, 2003

Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila homônima Capacitores - Teoria. SENAI - DN, RJ, 1985.

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Introdução

Os capacitores são componentes largamente empregados nos circuitos eletrônicos podendo cumprir funções tais como o armazenamento de cargas ou a seleção de freqüência em filtros para caixas de som.

Esta unidade é o primeiro a respeito dos capacitores, e foi elaborado visando familiarizá-lo com alguns aspectos deste componente tais como: constituição, tipos, características.

A partir desta unidade pode-se dizer que o capacitor fará parte diária do estudo eletrônica básica, razão pela qual os conteúdos apresentados são de grande importância.

Pré-requisitos

Para ter sucesso no desenvolvimento dos conteúdos e atividades desta unidade deverá ter conhecimentos relativos a:

• Condutores e isolantes
• Potencial elétrico

Capacitor

Armazenamento de cargas

O capacitor é um componente capaz de armazenar cargas elétricas, sendo largamente empregado nos circuitos eletrônicos.

Um capacitor se compõe basicamente de duas placas de material condutor, denominadas de armaduras, isoladas eletricamente entre si por um material isolante chamado dielétrico.

O material condutor que compõe as armaduras de um capacitor é eletricamente neutro no seu estado natural.

Em cada uma das armaduras o número total de prótons e elétrons é igual, portanto as placas não tem potencial elétrico.

Não existindo potencial elétrico em cada uma das armaduras, não há diferença de potencial ou tensão entre elas.

Observação O fenômeno de armazenamento de cargas pelo capacitor pode ser compreendido mais facilmente analisando o movimento de elétrons no circuito.

Por esta razão será utilizado o sentido eletrônico da corrente elétrica no desenvolvimento do assunto.

Isto significa que ao conectar o capacitor a uma fonte de CC surge uma diferença de potencial entre as suas armaduras.

A tensão presente nas armaduras do capacitor terá um valor tão próximo ao da tensão da fonte que, para efeitos práticos, pode-se considerar iguais.

Um capacitor conectado diretamente a uma fonte de alimentação apresenta entre suas armaduras uma tensão que pode ser considerada igual a da fonte.

Quando o capacitor assume a mesma tensão da fonte de alimentação diz-se que o capacitor está “carregado”.

Se após ter sido carregado o capacitor for desconectado da fonte de CC suas armaduras permanecem com os potenciais adquiridos.

Isto significa dizer que, mesmo após ter sido desconectado da fonte de CC, ainda existe tensão presente entre as placas do capacitor.

Resumindo pode-se dizer que: quando um capacitor é conectado a uma fonte de CC absorve energia desta fonte, armazenando cargas elétricas(íons positivos e negativos) nas suas armaduras.

Esta capacidade de absorver e manter a energia em suas armaduras na fonte de cargas elétricas é que define o capacitor como sendo um armazenador de cargas elétricas.

A energia armazenada no capacitor na forma de desequilíbrio elétrico entre suas armaduras pode ser reaproveitada.

Descarga do capacitor

Tomando-se um capacitor carregado e conectado seus terminais a uma carga haverá uma circulação de corrente, pois o capacitor atua como fonte de tensão.

Isto se deve ao fato de que através do circuito fechado inicia-se o restabelecimento do equilíbrio elétrico entre as armaduras.

Capacitância

A capacitância de armazenamento de cargas de um capacitor depende de alguns fatores:

• Da área das armaduras: Quanto maior a área das armaduras, maior a capacidade de armazenamento de um capacitor.
• Da espessura do dielétrico: Quanto mais fino o dielétrico, mais próximas estão as armaduras. O campo elétrico formado entre as armaduras é maior e a capacidade de armazenamento também.
• Da natureza do dielétrico: Quanto maior a capacidade de isolação do dielétrico, maior a capacidade de armazenamento do capacitor. A capacidade de um capacitor de armazenar cargas é denominada de capacitâcia.

Maior capacitância = Maior capacidade de armazenamento de cargas.

A unidade de medida de capacitância é o FARAD representado pela letra “F”, entretanto, a unidade FARAD é extremamente grande, o que leva ao uso de submúltiplos dessa unidade.

A tabela a seguir apresenta os símbolos representativos de cada submúltiplo e o seu valor com relação a unidade.

Submúltiplo Símbolo representativo dosubmúltiplo Valor com relação ao FARAD Microfarad (^) μF 1.^

-6 (^) FARAD 0,000001F NanofaradnF 1.^ -9 (^) FARAD 0,000000001F PicofaradpF 10.

-12 (^) FARAD 0,000000000001F

A conversão de valores entre as subunidades é feita da mesma forma que as outras grandezas.

Exemplos de conversão: 1 μF = 1000nF 820nF = 0,82μF 22nF = 22000pF 1200pF = 1,2nF 68nF = 0,068μF 47000pF = 47nF 150pF = 0,15nF 47000pF = 0,047μF

A capacitância é um dos fatores elétricos que identifica um capacitor.

Tensão de trabalho

Além da capacitância os capacitores tem ainda outra característica elétrica importante: a tensão de trabalho

A tensão de trabalho é a tensão máxima que o capacitor pode suportar entre as suas armaduras.

A aplicação de uma tensão no capacitor superior a sua tensão de trabalho máxima, pode provocar o rompimento do dielétrico fazendo com que o capacitor entre em curto, perdendo as suas características. Na maioria dos capacitores o rompimento do dielétrico danifica permanentemente o componente.

Deve-se tomar o cuidado de utilizar sempre capacitores com tensão de trabalho superior ao valor que o componente irá trabalhar realmente.

Capacitores fixos despolarizados

Apresentam um valor de capacitância específico, que não pode ser alterado. A figura a seguir mostra o símbolo usado para representar os capacitores fixos despolarizados.

Existem diversos tipos de capacitores fixos. Entre eles citam-se, por exemplo:

Capacitor de stiroflex Capacitor de cerâmica Capacitor de poliester

Estes capacitores se caracterizam por serem despolarizados, ou seja, qualquer, uma das suas armaduras pode ser ligada tanto a potenciais positivos como negativos.

Capacitores despolarizados não tem polaridade especificada para ligação.

Alguns capacitores fixos podem apresentar-se em versão com os dois terminais nas extremidades (axial) ou com os dois terminais no mesmo lado do corpo(radial).

De acordo com a necessidade de montagem pode-se utilizar um ou outro tipo.

Capacitores ajustáveis

São utilizados nos pontos de calibração dos circuitos. Apresentam valor de capacitância ajustável dentro de certos limites, por exemplo 10pF a 30pF.

Capacitores variáveis

São utilizados em locais onde a capacitância é constantemente modificada. As figuras a seguir mostram um capacitor variável e o seu símbolo.

Encontram-se ainda capacitores variáveis múltiplos que se constituem de dois ou mais capacitores variáveis acionados pelo mesmo eixo. As figuras abaixo mostram um capacitor duplo e o seu símbolo.

Desvantagens do capacitor eletrolítico

Os capacitores apresentam algumas desvantagens que são decorrentes do seu processo de fabricação:

• Polaridade
• Alteração de capacitância
• Tolerância

Polaridade A utilização do dielétrico químico (eletrólito) nos capacitores eletrolíticos apresenta algumas desvantagens. A formação da camada de óxido entre as placas depende da aplicação de tensão nas armaduras, com polaridade correta.

A ligação de polaridades incorretas sobre as armaduras do capacitor provoca a destruição do eletrólito, permite a circulação de corrente entre as armaduras.

O capacitor sofre um processo de aquecimento que faz o eletrolíto ferver, podendo inclusive provocar uma explosão do componente devido a formação de gases no seu interior.

Os capacitores eletrolíticos polarizados são utilizados apenas em circuitos alimentados por corrente contínua. Nos circuitos de corrente alternada a troca de polaridade da tensão danifica o componente.

O símbolo dos capacitores eletrolíticos expressa a polaridade das armaduras

No componente a polaridade é expressa de duas formas:

• Por um chanfro na carcaça, que indica o terminal positivo
• Por sinais de + impressos no corpo

Alteração da capacitância O capacitor eletrolítico sofre alteração de capacitância quando não está sendo utilizado. Esta alteração se deve ao fato de que a formação da camada de óxido entre as armaduras depende da aplicação de tensão no capacitor.

Quando o capacitor eletrolítico permanece durante um período sem utilização, o dielétrico sofre um processo de degeneração que afeta sensivelmente a sua capacitância.

Capacitores eletrolíticos que não estão em uso tem sua capacitância alterada. Por esta razão, sempre que for necessário utilizar um capacitor que estava estocado durante algum tempo, deve-se conectá-lo a uma fonte de tensão contínua durante alguns minutos para permitir a reconstituição do dielétrico artes de aplicá-lo no circuito.