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Nesta prática vamos verificar o comportamento da corrente ao longo do tempo durante o processo de carga e descarga de um capacitor. Com as medições será determinado a constante de tempo do circuito. Conhecido o valor da resistência obteremos desta constante a capacitância C do capacitor.

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O capacitor é um componente que se opõe a passagem de corrente continua e permite a passagem de corrente alternada. Assim, o capacitor se carrega quando uma tensão é aplicada em seus terminais. Para uma tensão continua, o capacitor se carregará com um valor de tensão igual a tensão aplicada em seus terminais e depois se comportará como um circuito aberto, já que impedirá a passagem de corrente.

Existem vários tipos de capacitores, com diferentes aplicações, tensões suportadas, materiais de fabricação entre outras características. Assim, alguns capacitores têm polaridade, isto é, possuem um terminal positivo e negativo. Portanto, nunca se deve ligar um capacitor inversamente polarizado, já que ele vai entrar em colapso e até mesmo explodir.

Um capacitor é constituído de duas placas condutoras, chamadas de armaduras, separadas por um material isolante, chamado dielétrico. Dessa forma, as armaduras armazenarão as cargas, sendo uma positiva e outra negativa. Assim, o material do dielétrico do capacitor normalmente é quem dá o nome ao componente, podendo ser cerâmico, poliéster, de mica entre outros materiais.

Enfim, em análise de circuitos em corrente alternada, o capacitor se comportará como uma impedância, isto é, uma resistência em número complexo. Já se formos analisar no domínio da frequência, obtemos as equações de carga e descarga do capacitor, que falaremos mais pra frente.

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Os capacitores são construídos com duas armaduras metálicas que armazenam as cargas positivas e negativas e um dielétrico entre elas, composto por um material isolante. O material de construção do dielétrico é o que normalmente dá o nome ao capacitor, já que ele é a principal diferença entre os componentes.

Capacitor cerâmico.

Capacitor de poliéster.

Capacitor Eletrolítico:

São capacitores geralmente cilíndricos, cujos eletrodos são folhas de alumínio separadas entre si por óxido de alumínio, que ficam embebidas por um eletrólito liquido. Assim, com o passar do tempo, o eletrólito seca e isso gera um mau funcionamento do circuito.

Ele possui polaridade bem definida, e, caso ela seja invertida, isso causa o rompimento do dielétrico, fazendo o componente entrar em curto e inchar, ou em alguns casos muito comuns, explodir.

A leitura é a mais simples e fácil de todas, ela é escrita já na carcaça do componente, portanto não gera nenhuma dificuldade na leitura.

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A quantidade de carga que um capacitor é capaz de armazenar é denominada Capacitância. Quanto maior a capacitância, mais energia o componente é capaz de armazenar.

A capacitância nada mais é que uma relação da divisão entre a carga total armazenada no capacitor pela diferença de potencial que existe entre as armaduras.

Ao comprar um capacitor, normalmente você encontrará dois principais valores descritos: a tensão que ele suporta e a capacitância. A tensão descreve o máximo de diferença de potencial que pode ser aplicada em seus terminais assim como a capacitância diz a carga que o componente vai armazenar.

A unidade de medida que descreve a capacitância de um componente é o Farad.

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Ao conectar o componente a uma fonte de tensão, ele começará a se carregar até atingir um valor de tensão igual ao que está aplicado em seus terminais. Dessa forma, supondo que temos uma resistência ligada em série a fonte para carregar o capacitor, podemos descrever a tensão ao longo do tempo no componente. Assim, quando a tensão for máxima, isto é, igual ao valor da fonte, significa que o componente está completamente carregado.

Portanto, primeiramente devemos definir uma constante de tempo de carga do capacitor, que estará relacionada com o valor da capacitância, em Farads e o valor do resistor que está em série com a fonte. A formula é a seguinte:

τ = R * C

Onde:

τ: Constante de Tempo, em segundos;

R: Resistência, em ohms;

C: Capacitância, em farads.

Essa constante de tempo será igual tanto para o processo de carga quanto para o processo de descarga. Ela nos diz que, no instante de tempo igual a constante de tempo o capacitor estará com 63,2% de carga. Posteriormente, no instante de tempo igual a cinco vezes a constante de tempo, o capacitor estará ou totalmente carregado, ou totalmente descarregado.

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A dedução da equação pode ser encontrada no link em anexo, que é um relatório feito pelos alunos da UNESP - Faculdade de Engenharia, neste se encontra mais detalhados os fundamentos do nosso desafio.

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Para desenvolver esse desafio, iremos montar um circuito, nele presente todos os equipamentos necessários, e montaremos no tinkercad, um site do qual nos possibilita criar sistemas para demonstrar a nossa teoria. Segue  abaixo o link para acesso.
A construção do sistema já está concluída, para não ocupar muito tempo, pois é um processo delicado, e cada passo é importante para o aprendizado.

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Circuit design Copy of Desafio capacitor | Tinkercad

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Circuit design Copy of Desafio capacitor created by Harley Rodrigues with Tinkercad

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Uma pequena atividade para você testar seus conhecimentos em respeito ao conteúdo ensinado.

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