Definição de capacitor de placas paralelas
Um capacitor de placas paralelas é um capacitor constituído por duas placas paralelas ou placas condutoras, cada placa com a mesma área de seção transversal (A) e as duas placas separadas por uma certa distância (d), como na figura à esquerda. Neste artigo, considere que as duas placas condutoras estão separadas por vácuo. Na figura, uma das placas condutoras está carregada positivamente (+Q), enquanto a outra placa condutora está carregada negativamente (-Q), sendo que a quantidade de carga elétrica em cada placa é a mesma.
A diferença de carga elétrica entre as duas placas condutoras cria um campo elétrico e uma diferença de potencial entre elas. A placa carregada positivamente tem um potencial maior, enquanto a placa carregada negativamente tem um potencial menor. Como explicado no artigo sobre potencial elétrico , se houver uma diferença de potencial entre as duas placas de um capacitor, haverá energia potencial elétrica armazenada no capacitor. A energia potencial elétrica armazenada em um capacitor tem muitas aplicações.
Fatores que afetam a capacitância de um capacitor de placas paralelas
Os capacitores são inicialmente descarregados, ou eletricamente neutros. Para carregá-los, eles são conectados a uma fonte de tensão, como uma bateria, por meio de cabos. Uma placa condutora é conectada ao terminal positivo da bateria, enquanto a outra placa condutora é conectada ao terminal negativo.
Lembre-se de que cargas iguais se repelem, enquanto cargas opostas se atraem. Os elétrons têm carga negativa e se movem facilmente porque estão localizados na superfície do átomo, enquanto os prótons têm carga positiva e não podem se mover porque estão localizados no núcleo. Se o número de prótons em uma placa condutora for maior que o número de elétrons, a placa estará carregada positivamente. Por outro lado, se o número de elétrons for maior que o número de prótons, a placa estará carregada negativamente.
Após o capacitor ser conectado à bateria, o polo positivo da bateria fica carregado positivamente, atraindo elétrons da placa condutora, enquanto o polo negativo da bateria fica carregado negativamente, repelindo elétrons da placa condutora. A transferência de elétrons entre a bateria e a placa condutora faz com que a placa condutora que perde elétrons fique carregada positivamente e a placa condutora que recebe elétrons fique carregada negativamente. A transferência de elétrons cessa quando a diferença de potencial elétrico entre as duas placas condutoras se iguala à diferença de potencial elétrico entre os dois terminais da bateria.
Os capacitores armazenam carga elétrica e energia potencial . A capacidade de um capacitor armazenar carga elétrica e energia potencial é chamada de capacitância. Quanto maior a carga elétrica armazenada, maior a energia potencial e maior a capacitância. Quais fatores afetam a capacitância de um capacitor de placas paralelas?
– Área da superfície da placa condutora
Os capacitores de placas paralelas armazenam carga elétrica em suas placas condutoras. Uma pequena área da superfície da placa significa que pouca carga é armazenada; uma grande área da superfície da placa significa que uma grande carga é armazenada. Quanto mais carga armazenada nas placas condutoras, maior a energia potencial elétrica do capacitor. Portanto, quanto maior a energia potencial elétrica do capacitor, maior sua capacitância. Com base nessa análise, pode-se concluir que a capacitância (C) do capacitor é proporcional à área da superfície das placas condutoras (A).
– Distância entre as duas placas condutoras
O movimento dos elétrons cessa quando a diferença de potencial entre as duas placas condutoras se iguala à diferença de potencial entre os dois polos da bateria. Como a carga elétrica nas duas placas condutoras pode aumentar? Uma maneira é reduzir a distância entre os dois condutores (reduzir d). Quando os dois condutores são aproximados, a quantidade de carga elétrica permanece constante, de modo que o campo elétrico produzido pela carga elétrica tem um valor constante. Com base na equação V = E d, quando o campo elétrico (E) é constante, a diferença de potencial elétrico (V) diminui se a distância entre as duas placas condutoras for reduzida (d).
A diferença de potencial entre as duas placas condutoras diminui até ser menor que a diferença de potencial entre os dois terminais da bateria. Isso faz com que os elétrons voltem a se mover até que a carga elétrica em cada placa condutora aumente. O movimento dos elétrons cessa quando a diferença de potencial entre as duas placas se iguala à diferença de potencial entre os dois terminais da bateria.
Quando a distância entre as duas placas condutoras é reduzida, a carga elétrica em cada placa aumenta, de modo que a energia potencial elétrica no capacitor também aumenta. Se a energia potencial elétrica no capacitor aumenta, a capacitância do capacitor também aumenta. Se a distância é reduzida, a carga aumenta, de modo que a capacitância aumenta; se a distância é aumentada, a carga diminui, de modo que a capacitância diminui. Pode-se concluir que a capacitância do capacitor (C) é inversamente proporcional à distância entre as duas placas condutoras (d).
Equação da capacitância para um capacitor de placas paralelas
Anteriormente, foram explicados os fatores que afetam o valor da capacitância de um capacitor de placas paralelas. O valor da capacitância pode ser determinado com precisão por meio de cálculos utilizando equações. No artigo sobre a determinação do campo elétrico utilizando a lei de Gauss, discutimos a fórmula para calcular o campo elétrico próximo a uma placa condutora eletricamente carregada: E = σ/ε₀ , onde σ = Q/A. Assim, a equação do campo elétrico se transforma em E = Q/A : ε₀ = Q/A x 1/ε₀ = Q/Aε₀ . A equação do potencial elétrico é V = E d, onde E = Q/Aε₀, de modo que a equação se transforma em V = Qd/Aε₀ . A equação da capacitância é C = Q/V, onde V = Qd/Aε₀ , de modo que a equação da capacitância se transforma em C = Q : Qd/Aε₀ = Q x Aε₀ / Qd = Aε₀ / d.
Com base na equação da capacitância C = A ε o / d, pode-se concluir que a capacitância (C) é proporcional à área da superfície (A) e inversamente proporcional à distância (d) entre as duas placas condutoras.
Descrição da fórmula: E = campo elétrico, σ = densidade de carga, ε₀ = permissividade do vácuo = 8,85 x 10⁻¹² F /m, Q = carga elétrica, A = área da superfície da placa condutora, V = diferença de potencial elétrico.
