CAPACITÂNCIA



No século XVII, apresentações de fenômenos físicos tornaram-se comuns na Inglaterra, despertando o interesse do público pelos conhecimentos científicos. Diante disso, a comunidade científica começou a incentivar os pesquisadores a publicarem seus trabalhos em inglês, possibilitando uma compreensão mais ampla por parte do público. No século seguinte, as apresentações que envolviam geradores elétricos popularizaram a Eletricidade. Esse tipo de "espetáculo" se disseminou por outros países europeus, despertando o interesse de notáveis como o físico holandês Pieter van Musschenbroek. Em 1745, em Leyden, na Holanda, Musschenbroek criou um dispositivo, conhecido como Garrafa de Leyden, composto por uma garrafa de vidro com água, uma superfície condutora interna e externa, e fios condutores conectados a um gerador. Essa invenção armazenava uma grande quantidade de carga elétrica, gerando faíscas impressionantes ao ser tocada por outro objeto. Quase simultaneamente, o pastor polonês Ewald G. von Kleist desenvolveu um dispositivo semelhante à Garrafa de Leyden.

A Garrafa de Leyden, precursora dos capacitores atuais, é constituída por dois condutores separados por um material dielétrico. Esses condutores, chamados de placas do capacitor, independentemente de sua forma, permitem armazenar uma considerável quantidade de energia.

Para carregar um capacitor, é possível conectá-lo aos terminais de uma bateria ou gerador. A carga elétrica (Q) armazenada no capacitor depende da tensão elétrica (V) a que está ligado (Equação 11). A Capacitância (C), medida em Farad no Sistema Internacional de Unidades (SI), caracteriza a capacidade do capacitor de armazenar carga.

Atualmente, diversos tipos de capacitores, com formas, tamanhos e materiais dielétricos diferentes.

Capacitor de placas paralelas

O capacitor de placas paralelas é composto por duas placas condutoras posicionadas paralelamente. Quando carregado, uma placa adquire carga positiva (+Q) e a outra carga negativa (-Q), gerando um campo elétrico uniforme entre as placas (desprezando o efeito das bordas).

Em um exemplo prático, consideremos duas placas metálicas planas e quadradas, com 25 cm de aresta, posicionadas paralelamente a 2,0 mm uma da outra. A carga armazenada por esse capacitor ao ser conectado a uma tensão de 9 V é calculada como 2,49 nC.

A capacitância desse tipo de capacitor será dada pela Equação a seguir:

Capacitor cilíndrico

O capacitor cilíndrico é formado por dois cilindros metálicos coaxiais de comprimento L, sendo o cilindro interno de raio r1 e o externo de raio r2.

A capacitância desse tipo de capacitor será dada pela Equação a seguir

Capacitor esférico

O capacitor esférico é composto por duas cascas esféricas metálicas concêntricas, sendo a casca interna de raio r1 e a externa de raio r2

A capacitância desse tipo de capacitor será dada pela equação a seguir:

Energia armazenada pelo capacitor

Para armazenar cargas opostas, é necessário realizar trabalho sobre as placas do capacitor. A energia potencial elétrica U armazenada pode ser determinada pela equação a seguir. Em um exemplo prático, um capacitor de 10 μF ligado a uma fonte de 12 V armazenaria 405 J de energia e uma carga de 90 μC.

Dielétricos

Inserir um material isolante dielétrico entre as placas do capacitor aumenta a capacitância. É a capacitância sem o dielétrico e é a constante dielétrica do material.

Dielétricos exigem uma alta tensão para ruptura. Durante uma tempestade, as nuvens agem como placas de um gigantesco capacitor, separadas pelo ar. Quando a tensão de ruptura do ar é atingida (3 × 10⁶ V), ocorre uma descarga elétrica (raio).

A capacitância desse tipo de capacitor será dada pela equação a seguir: