A capacitância é a capacidade de armazenar energia elétrica em um campo eletrostático, sendo essencial para o funcionamento de circuitos eletrônicos e sistemas de energia. Ela é estudada principalmente por meio dos capacitores, dispositivos que acumulam carga elétrica e desempenham papel vital em diversas aplicações tecnológicas.
O que é Capacitância?
- Capacitância
(C) é a propriedade de um componente elétrico de armazenar carga
elétrica quando submetido a uma diferença de potencial (tensão).
- É definida pela fórmula:
onde:
- Q
é a carga elétrica armazenada (em Coulombs),
- U
é a tensão aplicada (em Volts),
- C
é a capacitância (em Farads).
O Papel dos Capacitores
- Um capacitor
é formado por duas placas condutoras separadas por um material isolante
chamado dielétrico.
- Quando
ligado a uma fonte de tensão, o capacitor acumula carga em suas placas,
criando um campo elétrico entre elas.
- Essa
energia pode ser liberada posteriormente, funcionando como uma bateria
temporária.
Unidade de Medida
- A
unidade de capacitância no Sistema Internacional é o Farad (F).
- Como
1 Farad é uma medida muito grande, são usados submúltiplos:
- Microfarad
(µF) = 10-6 F
- Nanofarad
(nF) = 10-9 F
- Picofarad
(pF) = 10-12 F.
Fatores que Influenciam a Capacitância
- Área
das placas: quanto maior, maior a capacitância.
- Distância
entre as placas: quanto menor, maior a capacitância.
- Material
dielétrico: diferentes materiais influenciam a capacidade de
armazenamento.
Aplicações e Circuitos
- Em circuitos
RC (resistor-capacitor), os capacitores são usados para controlar o
tempo de resposta de sinais elétricos.
- São
essenciais em:
- Fontes
de alimentação (filtragem de ruído),
- Temporizadores,
- Sistemas
de armazenamento de energia,
- Eletrônica
de potência e telecomunicações.
1 – Um capacitor possui capacitância igual a 8 nF. Que
quantidade de carga deve ser colocada em cada uma de suas placas para produzir
uma diferença de potencial entre as placas de 110 V ?
Resolução:
C = 8 nF = 8·10-9 F e
U = 110 V
Q = 0,88 µC
2 - (Enem 2021) O desfibrilador salva vidas de pessoas que
são acometidas por ataques cardíacos ou arritmias. Ele dispõe de um capacitor
que pode ser carregado por uma fonte com uma alta tensão. Usando o
desfibrilador, pode-se fornecer energia ao coração, por meio de um choque
elétrico, para que ele volte a pulsar novamente em seu ritmo normal. Um
socorrista dispõe de um desfibrilador com capacitor de 70 µF que pode
armazenar cerca de 220 J de energia, quando conectado a uma tensão de 2 500 V.
O valor da carga armazenada por esse desfibrilador, em
coulomb, é de
a) 0,015 b)
0,088 c)
0,175 d) 3,15 e) 11,4
Resolução:
C = 70 µF = 70·10-6 F
U = 2500 V
EP = 220 J
Q = ?
3 - (UFU-MG) Um
capacitor, de capacidade desconhecida, tem sido usado para armazenar e fornecer
energia a um aparelho de tevê. O capacitor é carregado com uma fonte de 1 000 V,
armazenando uma carga de 10 C.
O televisor
funciona num intervalo de diferença de potencial entre 80 V e 260 V. Quando
ocorre falta de energia, liga-se o capacitor ao televisor, e este consegue
funcionar durante cerca de 5 minutos. A carga que fica armazenada no capacitor,
no instante em que o televisor deixa de funcionar, é de:
a) 1C
b) 10 C
c) 2,6 C
d) 0,8 C
e) 42 C
Resolução:
Substituindo os
valores fornecidos:
Q = 10 C e V = 1000 V
A carga final
armazenada no capacitor é determinada no instante em que o televisor deixa de
funcionar.
Nesse momento, a diferença de potencial no capacitor é igual ao limite inferior
de funcionamento do televisor, que é 80 V.
Substituindo os
valores:
C = 0,01 F e Vf
= 80 V
Qf = 0,8 C
Resposta: Letra D
4 - (Uece) Um capacitor tem uma capacitância de 8,0 · 10-11 F. Se o potencial elétrico entre suas placas for 12 V, o número de elétrons em excesso na sua placa negativa é: (considere a carga de um elétron como e = 1,6 · 10-19C).
a) 9,6 · 1014
b) 8,0 ·1020
c) 6,0 · 109
d) 5,0 · 108
e) 11 · 107
Resolução:
C = 8,0 × 10-11 F
U = 12 V
e = 1,6 x 10-19C
n = ?
Pela quantização da carga elétrica:
a) inalterada.
b) multiplicada por quatro.
c) multiplicada por dois.
d) dividida por quatro.
e) dividida por dois.
Resolução:
Como o capacitor permanecerá com a
sua capacitância inalterada, ao dobrarmos a quantidade de cargas acumuladas em
suas placas, deve-se dobrar o potencial entre elas, de modo que:
Resposta: Letra B
6 - (UFV-2005) Duplicando-se a diferença de potencial entre as placas de um
capacitor, é CORRETO afirmar que:
a) a carga e a
capacitância do capacitor também são duplicadas
b) a carga e a
capacitância do capacitor permanecem constantes
c) a carga do
capacitor é duplicada, mas sua capacitância permanece constante
d) a carga e a
capacitância do capacitor são reduzidas à metade dos valores iniciais
e) a carga do
capacitor é duplicada, e sua capacitância é dividida pela metade
Resolução:
Como o capacitor permanecerá com a sua capacitância inalterada, ao dobrarmos o potencial entre as suas placas, deve-se dobrar a quantidade de cargas acumuladas entre elas:
