Capacitor de Placas Paralelas: Definição Fórmula e Aplicações
O capacitor de placas paralelas é um dispositivo que pode armazenar carga elétrica e energia na forma de um campo elétrico entre duas placas condutoras. As placas estão separadas por uma pequena distância e estão conectadas a uma tensão, como uma bateria. O espaço entre as placas pode ser preenchido com ar, vácuo ou material dielétrico, que é um isolante que pode ser polarizado por um campo elétrico.
O que é um Capacitor de Placas Paralelas?
Um capacitor de placas paralelas é definido como um arranjo de duas placas metálicas de área igual A e carga oposta Q, separadas por uma distância d. As placas estão conectadas a uma fonte de tensão V, que cria um potencial elétrico entre elas. O campo elétrico E entre as placas é uniforme e perpendicular às placas, conforme mostrado na Figura 1.
O campo elétrico E entre as placas é dado por:
onde V é a tensão entre as placas, d é a separação entre as placas, σ é a densidade de carga superficial em cada placa, e ϵ0 é a permitividade do espaço livre.
O campo elétrico E induz uma polarização P no material dielétrico, que é o momento dipolar por unidade de volume do material. A polarização P reduz o campo elétrico efetivo E dentro do dielétrico e aumenta a capacitância C do capacitor.
A capacitância C de um capacitor de placas paralelas é a razão da carga Q em cada placa para a tensão V entre as placas:
A capacitância C depende da geometria das placas e do material dielétrico entre elas. Para um capacitor de placas paralelas com ar ou vácuo entre as placas, a capacitância C é dada por:
onde A é a área de cada placa e d é a separação entre as placas.
Para um capacitor de placas paralelas com um material dielétrico entre as placas, a capacitância C é dada por:
onde k é a permitividade relativa ou constante dielétrica do material, que é uma quantidade adimensional que mede quão facilmente o material pode ser polarizado por um campo elétrico.
A permitividade relativa k de um material dielétrico é sempre maior ou igual a 1. Quanto maior o valor de k, mais carga pode ser armazenada no capacitor para uma determinada tensão, e, portanto, maior a capacitância.
Aplicações de Capacitores de Placas Paralelas
Capacitores de placas paralelas têm muitas aplicações em vários campos da ciência e engenharia. Algumas delas são:
Filtragem: Capacitores de placas paralelas podem ser usados para filtrar frequências indesejadas ou ruído de um sinal elétrico. Por exemplo, eles podem bloquear corrente contínua (CC) e permitir a passagem de corrente alternada (CA). Eles também podem ser usados para suavizar flutuações de tensão em fontes de alimentação.
Sintonia: Capacitores de placas paralelas podem ser usados para sintonizar circuitos elétricos para ressoarem em uma frequência desejada. Por exemplo, eles podem ser usados em rádios, televisões e outros dispositivos de comunicação para selecionar um canal específico ou faixa de frequência.
Sensores: Capacitores de placas paralelas podem ser usados para detectar grandezas físicas, como pressão, temperatura, umidade, deslocamento, etc. Por exemplo, eles podem ser usados em microfones, termômetros, higrômetros, acelerômetros, etc. A capacitância de um capacitor de placas paralelas muda com essas grandezas físicas devido a mudanças na distância entre as placas ou no material dielétrico entre elas.
Armazenamento de energia: Capacitores de placas paralelas podem ser usados para armazenar energia elétrica em seus campos elétricos. Por exemplo, eles podem ser usados em lanternas, câmeras, desfibriladores, etc. A energia armazenada em um capacitor de placas paralelas é dada por:
onde U é a energia armazenada em joules (J), C é a capacitância em farads (F) e V é a tensão em volts (V).
Resumo
