Capacitância

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.

Exercícios

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

E_P = 220 J

Q = ?

Q = 0,175 C

Resposta: Letra C

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

C = 0,01 F

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      V_f = 80 V

Q_f  = 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:

n = 6,0·10⁹ elétrons

Resposta: Letra C

5 - (PUC-MG) Se dobrarmos a carga acumulada nas placas de um capacitor, a diferença de potencial entre suas placas ficará:

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:

Como:

 Logo:

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:

Como:

ou

Q_f  = 2·Q_i

Resposta: Letra C