Relatório Física 3: Capacitores

Relatório Física 3: Capacitores

Ministério da Educação

Universidade Tecnológica Federal do

Paraná

Campus Pato Branco Engenharia de Computação

Laboratório de Física I RELATÓRIO EXPERIMENTAL: CAPACITORES.

PROFESSOR: Emir Baude ACADÊMICOS: 1. Cristiano A. Garcia Dal Posso 2. Igor Hoelscher 3. Luiz felipe benedito 4. Vagner Martinello

Pato Branco - PR 13 de sertembro de 2010

1.INTRODUÇÃO

Este relatório tem por objetivo demonstrar experimentos referentes à capacitância em função da distância das placas e do dielétrico. Um capacitor é constituído de duas placas finas paralelas e carregadas, separadas por um material isolante (conhecido por dielétrico). Nos experimentos, utilizamos ar e laminas transparentes, em seção, aumentando gradativamente a distância entre as placas, conforme a largura das transparências.

1. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO 1.1. CAPACITORES

Um capacitor apresenta a propriedade de armazenar uma grande quantidade de carga elétrica, desde que os corpos condutores sejam separados por uma pequena distância. Também chamado de condensador, o capacitor armazena energia, na forma de energia potencial, do mesmo modo que é possível armazenar essa energia ao esticar a corda de um arco, comprimir um gás ou, levantar um livro. No entanto essa propriedade se aplica no campo elétrico.

"os capacitores microscópicos formam os bancos

de memória dos computadores. Os campos elétricos nestes minúsculos dispositivos são significativos não só pela energia armazenada, mas também pela informação LIGADESLIGA que a presença ou ausência deles proporciona." (HALLIDAY, 1996)

A unidade de capacitância, coulomb por volt, é denominada farad (F) em homenagem a Michael Faraday, pioneiro no desenvolvimento deste conceito. Entretanto, a unidade é muito grande para a maioria dos valores práticos e os submúltiplos (µF, nF, pF) são bastante empregados.

Para o capacitor ser eletrizado, uma armadura é ligada a um pólo positivo de gerador eletriza-se positivamente e a outra ligada ao pólo negativo, eletriza-se negativamente. Estando o capacitor eletrizado, suas armaduras apresentam cargas elétricas de mesmo valor absoluto e sinais opostos, +Q e –Q. Entre as armaduras do capacitor, existe um meio não condutor (isolante) chamado dielétrico. Um capacitor com placas planas e paralelas, de área A e distância d, tem capacitância = . Mas, quando o espaço entre as placas de um capacitor está completamente preenchido com um material dielétrico (que nesta experiência serão lâminas transparentes), a capacitância fica aumentada por um fator k, chamado de constante dielétrica (conforme a Tabela 2.1.1). Quando há, portanto, um dielétrico, a equação eletrostática se torna: =

Papel parafinado 2,5 Plástico 3,0 Poliestireno 2,5 – 2,6 Porcelana 6,0 Pyrex 5,1 Sílica fundida 3,8 Titanatos 50 – 10000 Vidro de cal de soda 6,9

2. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL 2.1. Material utilizado

2.1.1. Capacitores: • Capacitor de placas paralelas;

• Multímetro com conexão;

• Dielétricos;

• Micrometro e paquímetro.

2.2. Descrição dos Experimentos

Primeiramente utilizando um paquímetro, medimos o diâmetro das placas do capacitor. Em seguida com um micrometro, medimos a espessura das lâminas transparentes, nove ao total medindo cerca de 0,00014m cada.

A cada folha que era colocada entre as placas, mediamos a capacitância encontrada com a presença e a ausência dos dielétricos. Esse experimento foi repetido aumentando gradativamente a distância entre as placas, com uma, duas, três, até serem colocadas as nove lâminas.

2.3. Resultados Obtidos 2.3.1. Capacitância e constante dielétrica (k)

Conforme os passos, relatados no item anterior, encontramos o raio (0,05m) e a espessura de uma lâmina de transparência (0,00014m). Com as lâminas, uma a uma, colocadas entre as placas, encontramos a capacitância. O mesmo foi feito quando havia apenas ar entre as placas, mantendo a distância deixada pelas lâminas.

Na Tabela 3.3.1.1. pode ser observada a variação que ocorre na capacitância (dada em nF) das lâminas e do ar quando era alterado o número de lâminas entre as placas do capacitor. No Gráfico 3.3.1.1. é possível analisar o comportamento das curvas devido essa variação.

Para calcular a constante dielétrica precisa-se saber apenas a capacitância das lâminas a uma distância, em uma dada área. Todos os dados são encontrados facilmente: a distância entre as placas paralelas é dada pela espessura das lâminas, que vai se somando a partir que um número maior de lâminas é colocado. A área em questão é a da circunferência, que é o formato das placas do capacitor. Sabemos ainda a capacitância encontrada em cada um dos experimentos.

Deduzimos portanto, que se a capacitância é dada pelo produto entre a constante dielétrica, a permissividade do vácuo e a área, divido pela distância entre as placas, então:

Capacitância (dielétrico)

Capacitância

Vemos na Tabela 3.3.1.2. a constante dielétrica encontrada para o material, relacionada a cada capacitância encontrada, quando variamos a distância (aumentando o número de lâminas). Sabe-se que a constante dielétrica para o ar é de 1,0006, portanto não demonstramos os resultados obtidos para ela nesta tabela.

Lâminas (unidade) Capacitância (nF) Distância (10-3) Constante Dielétrica das lâminas (C²/m².N)

3. ANÁLISE DOS RESULTADOS E CONCLUSÃO

A constante dielétrica do ar, como consta na Tabela 2.1.1, é de aproximadamente 1,0006. Os experimentos foram realizados com os capacitores separados por ar e por lâminas transparentes.

Os cálculos apresentados na Tabela 3.3.1.2. mostram os número relacionados às lâminas. Mostram ainda a relação inversa entre a distância e a capacitância. Quanto menor é a distância, maior é a capacitância (ou o valor de energia armazenada entre as placas). A constante sofreu alterações durante todo o processo de experimentação. Isso pode ter ocorrido por erros no momento da prática ou ainda por diferenças nos materiais e nas superfícies das lâminas transparentes.

No entanto, os números seguiram um padrão, diminuindo sempre que a distância diminuía. A média dentre as constantes encontradas, foi de aproximadamente 1,36.

5. REFERÊNCIAS

1. HALLIDAY, R. W. - Fundamentos de Física - Eletromagnetismo, 4 ed. – Rio de Janeiro: LT- p.18 -19, 1996.

2. FERRARO; IVAN; NICOLAU; TOLEDO - Fundamentos da Física, Os – Vol 3 – 2ª ed. – 1979.

3. pt.wikipedia.org – acesso online em 30 de agosto de 2010.

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