Capacitor elétrico: O que é? Funções, importância e muito mais

O mundo da eletrônica tem sido o trampolim de que a tecnologia precisava ser impulsionada. E esse trampolim é feito de pequenas peças como o condensador. Neste curioso post você aprenderá em detalhes O que é um capacitor elétrico ?, As diferentes funções que se aplicam a ele e sua grande importância em diferentes áreas.

Capacitor 1

Condensador

Para iniciar o estudo do capacitor, vamos primeiro explicar o que é um capacitor. É um componente elétrico passivo, ou seja, não gera eletricidade por conta própria, capaz de armazenar uma carga elétrica e liberá-la posteriormente. Você pode encontrá-lo como capacitor ou capacitor. A carga que mantém dentro é um potencial ou diferencial de voltagem.

A história da contagem de doadores surge em 1745, quando o alemão Ewald Georg von Kleist percebeu que era possível armazenar uma carga elétrica. Isso surgiu de um acidente quando ele conectou um gerador eletrostático a um volume de água que estava dentro de uma jarra ou garrafa de vidro por meio de um cabo. Quando ele removeu o cabo e colocou a mão sobre ele.

Não se passou um ano quando o físico holandês Pieter van Musschenbroek inventou um capacitor com as mesmas características. Em comemoração à universidade onde trabalhou, ele chamou esse condensador de "a garrafa de Leyden".

Capacitor 2

Como funciona um capacitor?

Agora vamos ver como funciona um capacitor y para que serve um capacitor. A forma como consegue armazenar a carga elétrica é utilizando duas folhas de material condutor, como o tântalo, que são separadas por algum material dielétrico, por exemplo o ar.

Antes de continuar, é importante não confundir um dielétrico com um material totalmente isolante. Ou seja, todos os dielétricos são isolantes, mas isso não necessariamente torna todos os isoladores dielétricos. Os materiais dielétricos têm a capacidade de se tornarem condutores quando sujeitos a uma grande carga elétrica e quebrar a rigidez dielétrica. Alguns desses materiais podem ser: cerâmica, papel, cera, vidro, óleo, entre outros. Materiais totalmente isolantes são aqueles que, independente de quanta carga elétrica estiver submetida, este não será um condutor, um exemplo é a borracha.

Agora, as placas dentro do capacitor, sendo alimentadas com uma fonte de energia, serão carregadas eletricamente em partes iguais, mas com sinais diferentes. Isso significa que uma carga será positiva (+ q), e a outra carga terá a mesma magnitude, mas com uma carga negativa (-q), com essas cargas iguais, mas em sinais diferentes, é o que se chama diferença de potencial ou tensão.

Em geral, em capacitores, ar, papel, tântalo, alumínio e cerâmica são usados ​​como material dielétrico, também, em alguns capacitores, certos plásticos são usados.

A capacidade de armazenamento que um capacitor ou capacitor possui é calculada na unidade de Farads. A faixa em que a maioria dos capacitores elétricos são encontrados vai de pico (pF) a micro (uF) Farads. A equação para calcular a capacidade de um capacitor é:

C = q/V

Onde:

q = é a carga que cada placa armazena. Sua unidade é Coulomb (C)

V = é a tensão, tensão ou potencial diferencial entre as duas folhas ou condutores do capacitor. Sua unidade é Volts (V)

Aplicando esta fórmula, se assumirmos os valores para a carga 1 e para a tensão 1, teremos 1 Farad. No entanto, este é apenas um exemplo, já que não existe um capacitor com essa capacidade, pois seria incrivelmente grande. Para se ter uma ideia, cobriria o espaço de 1000 m2.

Agora, se quisermos saber a tensão que um capacitor pode armazenar conhecendo a carga e os Farads do capacitor, então podemos resolver para a tensão da equação anterior:

V = q/C

Capacitor 3

Carregar e descarregar um capacitor

Uma das características do capacitor é que sua descarga é progressiva e não imediata. Um capacitor tem um período de tempo de descarga. Esta propriedade permite que o capacitor tenha outras aplicações, como temporizadores e filtros em um circuito elétrico.

Quando um capacitor está totalmente carregado, é quando ele permite que a tensão passe. Ao desligar a alimentação, o capacitor começa a liberar gradativamente a tensão em direção à carga ou ao elemento que a consome.

Geralmente, o capacitor é sempre precedido por um resistor por razões de proteção do capacitor. Mesmo quando um capacitor tem uma resistência interna pequena, ela é desprezível, e se não houver cuidado para proteger o capacitor, ele pode ser danificado e até explodir.

Carga do capacitor

Para explicar de forma simples o comportamento de um capacitor durante o carregamento, usaremos o exemplo mais utilizado para ilustrá-lo:

Vamos considerar um circuito onde existe uma fonte de alimentação como uma bateria, um resistor chamado R1 que é responsável por controlar o fluxo de corrente que chegará ao capacitor para protegê-lo. Além disso, uma chave que permite que o capacitor carregue ou descarregue e, por fim, um resistor chamado R2 que representará o dispositivo que consome a corrente.

Capacitor 4

Em primeiro lugar, vemos como a chave está disposta de forma que o capacitor fique em série com a fonte de alimentação e a resistência, aliás, devemos ressaltar que essa resistência é chamada de resistência de carga.

Neste momento o capacitor está sendo carregado de forma controlada graças ao resistor de carga. Esta combinação de resistor e capacitor permite que você defina os temporizadores que mencionamos anteriormente. Isso se deve ao fato de que a resistência impede a passagem de corrente livremente, então a corrente demora mais para viajar pelo circuito, então ela passa pelo capacitor, demora um pouco para carregar.

O tempo que leva para um capacitor carregar pode ser calculado usando a seguinte equação:

t1 = 5 x R1 x C

Dónde:

t1: é o tempo de carregamento. Sua unidade é milissegundos (me)

R1: é a resistência à carga. Sua unidade é ohms (Ω).

C: é a capacitância do capacitor. Sua unidade é Farads (F)

Essa equação permite afirmar que quanto maior a resistência de carga e / ou maior a capacitância de um capacitor, maior o tempo de carga. O que pode ser verificado no gráfico a seguir.

Capacitor 5

Você pode se perguntar o que aconteceria se não definirmos o resistor de carga. Teoricamente, o capacitor carregaria imediatamente. Mas, como mencionamos anteriormente, isso não é recomendado, pois os capacitores podem receber apenas uma pequena corrente. Se nos lembrarmos da Lei de Ohm, podemos ver que:

I = V/R

Onde:

I: é o atual. Sua unidade é Amperes (A)

V: é a tensão. Sua unidade é Volts (V)

R: é resistência. Sua unidade é o Ohm (Ω)

Se a resistência tende a ou é igual a 0, isso implicaria que a corrente seria praticamente infinita, ou pelo menos muito grande. O capacitor só pode suportar a alimentação de uma corrente mais baixa. Resumindo, se nenhum tipo de resistor de carga for colocado, o capacitor pode não ser capaz de suportar aquela corrente e queimar.

Agora vamos supor que o capacitor já esteja carregado, então o que acontece? Voltemos à Lei de Ohm, conforme a tensão sobe e, como o valor da resistência é mantido, o valor da corrente tende a zero.

Como já sabemos, a função do capacitor é armazenar tensão ou tensão. Isso significa que, à medida que o capacitor é carregado, há uma tensão mais alta naquele ponto. Como a resistência não muda de valor, a corrente tende a zero. Em suma, uma vez que um capacitor é carregado, ele se comporta como um circuito aberto ou como uma chave que impede a passagem de corrente, embora haja tensão ou tensão naquele ponto.

Descarga de condensador

Agora vamos apresentar o caso inverso. No momento em que a chave muda de posição e o capacitor é colocado em série com o resistor R2, o capacitor começará a descarregar. Pois bem, porque a resistência R2 representa o consumo do circuito, e essa resistência exigirá ser fornecida quando o circuito em que estiver fechado. Esta alimentação será fornecida pelo capacitor, descarregando a diferença de potencial que ele armazenou.

Capacitor 6

Tal como acontece com o carregamento, o descarregamento não é imediato, mas progressivamente. E como acontece com o carregamento, a equação para estimar o tempo de descarga é a mesma. Isso significa que o tempo que leva para descarregar o capacitor depende da resistência de R2 e da capacitância do capacitor. Da mesma forma, aqui atualizamos a equação novamente:

t1 = 5 x R1 x C

Dónde:

t2: é o tempo de carregamento. Sua unidade é milissegundos (ms)

R2: é a resistência à carga. Sua unidade é ohms (Ω).

C: é a capacitância do condensador. Sua unidade é Farads (F)

Este tipo de circuito pode controlar, por exemplo, o tempo que um dispositivo está ligado.

O condensador como filtro

Outra aplicação para a qual os capacitores são freqüentemente usados ​​é como filtro. Isso é possível graças à sua característica de carregar e descarregar gradualmente, e este fenômeno é usado para limpar as impurezas dos sinais ou da onda elétrica.

Se tomarmos o circuito inicial como exemplo, mas neste caso com uma fonte de alimentação de corrente alternada. O capacitor começará a carregar até atingir sua capacidade máxima de armazenamento, então o fluxo de corrente cessará e a carga começará a ser suprida pela tensão existente no capacitor. Assim que o capacitor começa a descarregar, a fonte de alimentação continua a recarregar o capacitor sem esperar que ele descarregue completamente.

Isso pode ser visualmente mais fácil de entender:

Capacitor 7

Como você pode ver, a onda da fonte de alimentação alternada é senoidal e graças à propriedade do capacitor é possível retificar a onda em uma alimentação direta. Isso é muito útil para fontes de alimentação usadas por, por exemplo, computadores. Muitos dispositivos não funcionam com corrente alternada, mas sim com corrente contínua e é aí que as fontes de alimentação entram como intermediárias. Obviamente, essas fontes de alimentação têm muito mais componentes para atingir esse objetivo.

 Tipos de capacitores

Capacitores ou capacitores podem ter classificações diferentes. A seguir, começaremos classificando os capacitores de acordo com seu tipo de dielétrico:

Por causa de seu dielétrico

Os capacitores são classificados de acordo com o dielétrico que possuem. Existem os chamados capacitores eletrolíticos, são aqueles que possuem uma polaridade, ou seja, possuem um terminal positivo ou "perna" e um terminal negativo. Se eles estiverem conectados com a polaridade invertida, o capacitor será danificado.

Esses capacitores eletrolíticos, ao contrário de outros capacitores, é que eles usam um líquido iônico condutor. Este líquido é uma solução química, geralmente composta de ácido bórico ou borato de sódio com açúcares de etilenoglicol. Este líquido entra como substituto de uma das placas ou folhas condutoras do condensador.

Ao contrário dos capacitores eletrolíticos, os capacitores cujo dielétrico é ar, cerâmica, papel ou outros, não têm uma polaridade definida. Além disso, possuem duas placas internas e nenhum líquido interno.

Ambos os tipos de condensadores têm as suas aplicações, pelo que não foi possível substituir os condensadores entre si, embora tenham dielétricos diferentes.

Em suma, existem condensadores:

  • Eletrolítico
  • Cerâmica
  • De papel
  • De ar
  • Capacitor variável

Fixo ou variável

Assim como os resistores, existem capacitores com capacidade fixa e também capacitores cuja capacidade pode ser variada. Isso é obtido ajustando a distância entre as placas usando um botão, como um potenciômetro ou um resistor variável.

De acordo com sua forma

Os condensadores podem variar de projeto, condensadores de disco, pérola e tubulares existentes, conforme mostrado a seguir, respectivamente.

Código de Capacitores

Existem alguns capacitores que indicam seu valor de capacidade por meio de uma tabela de cores, muito semelhante à usada pelos resistores.

Código de cores

A primeira cor indica o valor da primeira, a segunda o da segunda figura, a terceira é o expoente que sobe para 10, ou seja, 10 será elevado para o número que a terceira cor representa. A quarta cor indica o percentual de variação, ou seja, pode ser, por exemplo, 10% a mais ou 10% ao valor que indica a capacidade. Por último, a quinta cor indica a voltagem ou voltagem de carga. Todos esses capacitores possuem picofarads por unidade.

O valor das cores vem em uma tabela comercial que é a seguinte:

Código japonês

Existe outro tipo de código para identificar a capacitância de um capacitor é um tipo de código chamado código japonês ou código 101. Este código consiste em três números que são visíveis no capacitor.

Os dois primeiros dígitos formam um número que deve ser multiplicado por 10 elevado ao terceiro número, mantendo o picofarad como uma unidade. Por exemplo:

Este capacitor tem por código os números 104. Portanto, a forma de calcular a capacidade deste capacitor é:

10 10 X4 = 100000 pF = 0,1 uF

código alfanumérico

Existe outro código para identificar o material e a capacidade de um capacitor, que usa a combinação de letras e números. Existem muitas formas de apresentar este código que combinam números e letras, e são tão variadas que não vale a pena conhecê-las, por isso é recomendável consultar a Ficha do fabricante.

Capacitores em série e em paralelo

Assim como os resistores, a posição dos capacitores em série ou em paralelo gera um comportamento na capacitância total. Vamos começar a examinar o fenômeno que acontece quando os capacitores estão em série.

Capacitores em série

Quando os capacitores estão em série, a capacidade de cada capacitor atua da seguinte forma:

A equação surge:

Vt = V1 + V2

Onde:

Vt: tensão total

V1: tensão do primeiro capacitor

V2: tensão do segundo capacitor

Vamos voltar à equação para calcular a capacidade do capacitor:

C = q/V

Onde:

q = é a carga que cada placa armazena. Sua unidade é Coulomb (C)

V = é a tensão, tensão ou potencial diferencial entre as duas folhas ou condutores do capacitor. Sua unidade é Volts (V)

E que foi possível limpar V da seguinte maneira:

V = q/C

Agora, se substituirmos cada V de cada capacitor no circuito pela expressão anterior, obteremos isso;

1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn

Capacitores Paralelos

Neste caso, como os capacitores estão em paralelo, a tensão que cada capacitor recebe é a mesma da fonte de alimentação, então temos que:

Vt = V1 = V2 = V3 ... Vn

onde

Vt: é a tensão total ou da fonte

V1: Tensão do primeiro capacitor

V2. Tensão do segundo capacitor

V3: Tensão do terceiro capacitor

Novamente, se retornarmos à expressão que nos permite estimar o valor da tensão de acordo com a carga e o valor da capacidade:

V = q/C

E procedemos substituindo cada V de cada capacitor do circuito pela expressão anterior, obtemos que:

C = C1 + C2 + C3 ... + Cn

Condensador usa

O capacitor é um dos componentes mais básicos da eletrônica. É quase impossível mencionar um dispositivo hoje que não requer capacitores em seu design. A seguir, mencionaremos algumas das aplicações mais comuns em que o capacitor é encontrado.

  • Baterias e memórias: Graças à sua capacidade de armazenamento, é possível colocar vários condensadores em paralelo para aumentar a capacidade de carga.
  • Filtros: São amplamente utilizados em redes elétricas, pois podem eliminar a ondulação e o ruído da rede, ou ao contrário, para que os harmônicos gerados pelas redes elétricas internas sejam filtrados antes de retornar à rede. Nas telecomunicações, sua capacidade de filtragem é amplamente utilizada para estabelecer bandas de frequência e também para reduzir ou eliminar interferências.
  • Fontes de energia: Seu comportamento gradativo de carga e descarga permite a retificação das ondas, o que é essencial em fontes de alimentação para transformar correntes alternadas em correntes diretas, uma vez que a maioria dos aparelhos eletrônicos funciona internamente com corrente contínua, mas o serviço elétrico opera com corrente alternada. Por isso, as fontes de energia são necessárias para o funcionamento dos equipamentos e, entre os componentes que os compõem, o capacitor desempenha um papel insubstituível.
  • Adaptadores de impedância: Os capacitores podem descarregar e carregar energia em períodos de tempo praticamente desprezíveis, e isso permite que a resistividade ressoe junto com outros componentes, de modo que dois circuitos com impedâncias diferentes possam ser acoplados ou trabalhados juntos.

No entanto, esses são apenas alguns dos poucos usos que podemos mencionar. Os capacitores têm aplicações em eletrônica, grandes redes elétricas, telecomunicações e outros. De nossos computadores, celulares, geladeiras, relógios digitais, televisores e tantas outras invenções, eles possuem capacitores dentro deles como parte essencial do conjunto que forma e dá vida a aparelhos ou equipamentos.

Conclusão

As aplicações que a eletrônica tem hoje são tão importantes em nosso dia a dia que é praticamente impossível sobreviver em um mundo onde ela não existe mais. E este vasto mundo de tecnologia avançada começa em seus fundamentos mais humildes, assim como cada componente que faz parte da eletrônica.

É o caso do condensador, um componente feito de materiais muito simples, o que o torna um dos componentes básicos da electrónica, mas é graças ao seu comportamento que é impossível que não seja encontrado em todos os aparelhos electrónicos existentes. .

Sem dúvida, o avanço da eletrônica tem sido um impulsionador fundamental que pavimentou o caminho para o avanço das tecnologias em várias disciplinas. E embora o condensador por si só não seja muito útil quando combinado com outros componentes, equipamentos sofisticados como Cartões de memória RAM, computadores, robôs, drones, telefones celulares, servidores y mucho más.


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