Definição de capacitor de placas paralelas
O capacitor de placas paralelas é um capacitor composto por duas placas condutoras paralelas, cada placa com a mesma área de seção transversal (A) e separadas por uma certa distância (d), como mostrado na figura à esquerda. Uma das placas condutoras é carregada positivamente (+Q), enquanto a outra placa condutora é carregada negativamente (-Q), sendo a quantidade de carga positiva (+Q) e a quantidade de carga negativa (-Q). carga elétrica A carga em cada placa é igual. Para que a carga não se mova para as moléculas de ar, o capacitor é isolado do ambiente, e entre as duas placas existe um vácuo.
A diferença nos tipos de cargas elétricas em ambas as placas condutoras cria um campo elétrico e uma diferença de potencial elétrico entre as duas placas. A placa carregada positivamente tem um potencial elétrico maior, enquanto a placa carregada negativamente tem um potencial elétrico menor. Como explicado no tópico sobre potencial elétrico, se houver uma diferença de potencial elétrico entre as duas placas do capacitor, haverá energia potencial elétrica armazenada no capacitor. A energia potencial elétrica armazenada em capacitores tem muitas aplicações.
Fatores que afetam a capacitância do capacitor de placas paralelas
Inicialmente, o capacitor não está carregado eletricamente nem é eletricamente neutro. Para ser carregado, ele é conectado a uma fonte de tensão, como uma bateria, por meio de um cabo. Uma das placas condutoras é conectada ao polo positivo da bateria, enquanto a outra placa condutora é conectada ao polo negativo.
Lembre-se de que cargas iguais se repelem, enquanto cargas opostas se atraem. Os elétrons têm carga negativa e são fáceis de mover porque estão na superfície do átomo, enquanto os prótons têm carga positiva e não podem se mover porque estão no núcleo atômico. Se a placa condutora tiver mais prótons do que elétrons, a placa estará carregada positivamente; caso contrário, se o número de elétrons for maior que o 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. Já o polo negativo da bateria fica carregado negativamente, repelindo elétrons de volta para a placa condutora. O deslocamento elétrico entre a bateria e a placa condutora faz com que esta perca elétrons, ficando carregada positivamente, e receba elétrons, ficando carregada negativamente. O movimento dos elétrons cessa quando a diferença de potencial elétrico entre as duas placas condutoras se iguala à diferença de potencial elétrico entre os dois polos da bateria.
A função de um capacitor é armazenar carga elétrica e energia potencial elétrica . A capacidade de um capacitor armazenar carga elétrica e energia potencial elétrica é chamada de capacitância. Quanto mais eletricidade for armazenada, maior será a energia potencial elétrica armazenada e, consequentemente, maior será a capacitância do capacitor. Quais fatores influenciam a capacitância de um capacitor de placas paralelas?
A área da superfície da placa condutora
O capacitor de placas paralelas armazena carga elétrica nas placas condutoras. Se a área da superfície das placas for pequena, pouca carga elétrica será armazenada; caso contrário, se a área da superfície das placas for grande, muita carga elétrica será armazenada. Quanto mais carga elétrica armazenada nas placas condutoras, maior será a energia potencial elétrica do capacitor. Portanto, quanto maior a energia potencial elétrica do capacitor, maior será sua capacitância. Com base nessa análise, pode-se concluir que a capacitância do capacitor (C) é proporcional à área da superfície das placas condutoras (A).
A distância entre as duas placas condutoras
A transferência de 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 aumentar a carga elétrica em ambas as placas condutoras? Uma maneira é reduzir a distância entre os dois condutores (minimizando d). Quando os dois condutores são aproximados, a quantidade de carga elétrica permanece constante, de modo que o campo elétrico produzido por essa carga se mantém fixo. De acordo com a 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 diminuir (d).
A diferença de potencial entre as duas placas condutoras é reduzida até que se torne menor que a diferença de potencial entre os dois polos da bateria. Isso provoca o deslocamento de elétrons novamente até que a carga elétrica de cada placa condutora aumente. A transferência de elétrons cessa quando a diferença de potencial entre as duas placas se iguala à diferença de potencial entre os dois polos 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 do capacitor também aumenta. Se a energia potencial elétrica do capacitor aumenta, a capacitância do capacitor também aumenta. Se a distância é reduzida, a carga aumenta, de modo que a capacitância aumenta; quando 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).
A equação da capacitância do capacitor de placas paralelas
Anteriormente, foram explicados os fatores que afetam a capacitância de capacitores de placas paralelas. O valor da capacitância pode ser determinado com precisão por meio de cálculos utilizando a equação. Em um tópico sobre a determinação do campo elétrico utilizando a lei de Gauss, a fórmula para calcular o campo elétrico próximo à placa condutora eletricamente carregada é E = σ / ε.o, onde σ = Q / A, de modo que a equação do campo elétrico se transforma em E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoA equação do potencial elétrico é V = E d, onde E = Q / A εo de modo que a equação se transforme em V = Q d / A εoA equação da capacitância é C = Q/V, onde V = Q d / A εo de modo que a equação da capacitância se transforma em C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / 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.
E = campo elétrico, σ = densidade de carga, ε o = 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.
