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Neste post, falaremos sobre o que são capacitores para a Física! Quais suas funções, como é feita a associação de capacitores e como esse tema é cobrado no vestibular! Para outros resumos de Física, clique aqui.
1. Capacitor e Capacitância:
a) Definição de capacitor:
Componente eletrônico capaz de armazenar uma quantidade de carga e, caso necessário, descarregá-la no circuito.
O capacitor funciona como uma espécie de "caixa d'água" do circuito. Quando a passagem de corrente elétrica é interrompida, o capacitor é acionado para liberar a quantidade de carga elétrica que inicialmente estava armazenado nele. Desse modo, o circuito não sofre bruscas quedas de corrente e de tensão e evita a queima de vários componentes que estão conectados no circuito elétrico.
b) Símbolo de capacitor:
Símbolo de Capacitor
c) Capacitância:
Capacitância é a grandeza física que mede a relação de carga armazenada em um capacitor. Essa medição é feita pela diferença de potencial elétrica aplicada em seus terminais.
Tal grandeza é determinada pela seguinte equação:
C = capacitância em F (farad)
Q = carga elétrica armazenada no capacitor em C (coulomb)
U = diferença de potencial elétrica nos terminais do capacitor em V (volt)
2. Energia Potencial Elétrica em Capacitores:
A energia potencial elétrica armazenada em um capacitor é determinada pela seguinte equação:
No entanto, tal equação pode ser reescrita em outros dois formatos quando faz-se a substituição de Q ou de U pela expressão da definição de capacitância:
Ep = energia potencial elétrica armazenada no capacitor em J (joule)
3. Associação de Capacitores:
a) Capacitores associados em série:
Diz-se que há uma associação de capacitores em série quando eles estão associados do seguinte modo:
Capacitores Associados em Série
A capacitância equivalente entre os pontos A e B é determinada pela seguinte equação:
b) Capacitores associados em paralelo:
Diz-se que há uma associação de capacitores em paralelo quando eles estão associados do seguinte modo:
Capacitores Associados em Paralelo
c) Observações:
I) A associação de capacitores em série possui as mesmas equações de uma associação de resistores em paralelo. Troca-se apenas os valores de resistência por valores de capacitância.
II) A associação de capacitores em paralelo possui as mesmas equações de uma associação de resistores em série. Troca-se apenas os valores de resistência por valores de capacitância.
Caso queira relembrar as associações de resistores, clique aqui e acesse o nosso resumo.
III) Na associação de capacitores em série, cada capacitor possui o mesmo valor de carga elétrica (Q). Já na associação em paralelo, cada capacitor está submetido a mesma diferença de potencial elétrica (U).
4. Capacitor de placas planas paralelas:
O capacitor mais comum de aparecer em questões de vestibular é o capacitor de placas paralelas. A seguir é apresentado um esquema simplificado dele:
A capacitância desse capacitor pode ser determinada em função das suas características construtivas, sendo expressa pela seguinte equação:
A = área das placas (em m²)
d = distância que separa as placas (em m)
k = constante dielétrica do meio (adimensional)
εmeio = permissividade do dielétrico contido entre as placas
εo = permissividade do vácuo = 8,85 . 10-12 F/m
(ENEM 2016 – 2ª Aplicação – Questão 51 – Caderno 1 Azul) Um cosmonauta russo estava a bordo da estação espacial MIR quando um de seus rádios de comunicação quebrou. Ele constatou que dois capacitores do rádio de 3 μF e 7 μF ligados em série estavam queimados. Em função da disponibilidade, foi preciso substituir os capacitores defeituosos por um único capacitor que cumpria a mesma função.
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (procure a resposta da questão 51).
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Posted on maio 27, 2018 maio 19, 2022 by Bruno Werneck
Neste post, falaremos sobre o que são geradores e receptores elétricos, quais suas utilidades e funções e como eles são cobrados nos vestibulares.
a) Gerador:
É o dispositivo que converte alguma modalidade de energia em energia elétrica.
É o dispositivo que converte energia elétrica em outra modalidade de energia.
I) Gerador ou receptor IDEAL: a resistência interna é muito pequena se comparada as demais resistências do circuito.
Símbolo do gerador ou do receptor ideal
II) Gerador ou receptor REAL: a resistência interna possui um valor próximo das demais resistências do circuito.
Símbolo do gerador ou do receptor real
I) Fisicamente gerador e receptor são a mesma coisa, a diferença entre eles se dá pelo sentido de circulação da corrente.
Exemplo: uma bateria de telefone celular é gerador quando se está utilizando o celular e a mesma bateria passa a ser um receptor quando se coloca o celular para carregar.
II) Só é possível existir um receptor se no circuito há um gerador.
III) O potencial elétrico de um gerador necessariamente é superior ao potencial elétrico de um receptor.
IV) Algumas pessoas podem pensar que a resistência interna é um resistor que existe dentro de um gerador ou de um receptor, porém na realidade ela é uma simplificação de todas as resistências que surgiram devido à construção do gerador ou do receptor.
2. Equações características:
Funcionamento de um Gerador Real
A equação característica de um gerador expressa o cálculo do potencial elétrico real (U) disponibilizado pelo gerador ao circuito em que ele está inserido.
U = tensão disponível do gerador para fornecer ao circuito (em V)
E = tensão ideal do gerador (em V)
r = resistência interna do gerador (em Ω)
i = corrente que atravessa o gerador quando este está inserido em um circuito (em A)
Funcionamento de um Receptor Real
A equação característica de um receptor expressa o cálculo do potencial elétrico (U') necessário para o receptor funcionar em um circuito, considerando-se a tensão ideal do receptor (E') e a tensão perdida devido à existência de resistências internas.
U' = tensão necessária para o funcionamento do receptor (em V)
E' = tensão ideal do receptor (em V)
r' = resistência interna do receptor (em Ω)
i = corrente que atravessa o receptor quando este está inserido em um circuito (em A)
3. Associação de geradores e receptores elétricos:
As formas como são feitas as associações de geradores e de receptores são iguais. Porém as associações apresentadas a seguir só tem validade se forem feitas só com geradores ou só com receptores, nunca misturando os dois.
a) Diferentes geradores associados em série:
Associação em série de diferentes geradores
A tensão ideal equivalente nessa associação é dada pela seguinte expressão:
A resistência equivalente é determinada pela seguinte expressão:
b) Geradores iguais associados em paralelo:
Associação em paralelo de geradores iguais
Onde: N é o número total de geradores associados em paralelo
(ENEM 2017 – Questão 129 – Caderno 7 Azul) Em algumas residências, cercas eletrificadas são utilizadas com o objetivo de afastar possíveis invasores. Uma cerca eletrificada funciona com uma diferença de potencial elétrico de aproximadamente 10.000 V. Para que não seja letal, a corrente que pode ser transmitida através de uma pessoa não deve ser maior do que 0,01 A. Já a resistência elétrica corporal entre as mãos e os pés de uma pessoa é da ordem de 1.000 Ω. Para que a corrente não seja letal a uma pessoa que toca a cerca eletrificada, o gerador de tensão deve possuir uma resistência interna que, em relação à do corpo humano, é
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (procure a resposta da questão 129).
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Posted on maio 24, 2018 abril 14, 2022 by Bruno Werneck
O assunto "Associação de Resistores" é continuação do estudo de resistência elétrica que foi iniciado no resumo de "Leis de Ohm". Caso queira revê-lo clique aqui.
A diferença de potencial elétrico (ddp ou U) em um trecho que possui resistores associados paralelo é igual para todos os resistores. Sendo assim, a corrente elétrica (i) que passa por cada resistor é inversamente proporcional ao valor de resistência (R) de cada resistor.
4. Exercício de Aplicação de Associação de Resistores
(ENEM 2017 – Questão 110 – Caderno 7 Azul) Fusível é um dispositivo de proteção contra sobrecorrente em circuitos. Quando a corrente que passa por esse componente elétrico é maior que sua máxima corrente nominal, o fusível queima. Dessa forma, evita que a corrente elevada danifique os aparelhos do circuito. Suponha que o circuito elétrico mostrado seja alimentado
por uma fonte de tensão U e que o fusível suporte uma corrente nominal de 500 mA.
ENEM 2017 – Questão 110 do Caderno 7
Qual é o máximo valor de tensão U para que o fusível não queime?
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (procure a resposta da questão 110).
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1. Definição de Resistência Elétrica:
Muito importante para as Leis de Ohm, a resistência elétrica é a capacidade que um material tem de resistir à passagem de corrente elétrica. Matematicamente, define-se resistência através da expressão:
R = resistência elétrica em Ω (ohm)
U = tensão ou diferença de potencial em V (volt)
Apesar da definição da resistência ser expressa pela equação acima, em grande parte das vezes ela é memorizada no seguinte formato:
2. Leis de Ohm:
1ª Lei de Ohm:
Georg Simon Ohm, ao realizar estudos com resistências elétricas, percebeu que havia um grupo de resistências que não variava a relação tensão pela corrente elétrica. Tais resistências possuíam a capacidade de estabelecer previsões em seu comportamento quando colocados em um circuito elétrico. Essas resistências são chamadas de "Resistências Ôhmicas".
A 1ª lei de Ohm pode ser escrita através da seguinte equação:
Observação: Hoje sabe-se que essa relação é verdadeira quando a temperatura é mantida constante.
2ª Lei de Ohm:
A 2ª lei de Ohm fala sobre a determinação da resistência elétrica em um fio qualquer, a qual é expressa através da seguinte equação:
ρ = resistividade elétrica do material (em Ω.m)
l = comprimento do fio (em m)
A = área da seção transversal do fio (em m2)
3. Resistores:
Resistor é um componente elétrico responsável por fornecer resistência a um determinado trecho do circuito elétrico. Eletricamente, o resistor tem o objetivo de "barrar" a velocidade de deslocamento dos elétrons a fim de controlar a corrente elétrica que percorre o circuito.
O resistor pode ser simbolizado por dois símbolos diferentes, os quais são apresentados a seguir:
Simbologia de resistores
4. Tipos de Resistores:
I) Resistores Ôhmicos:
São resistores comuns, muito utilizado em circuitos eletrônicos. Esses resistores mantêm praticamente inalterada sua resistência.
II) Reostatos e potenciômetros:
São resistores não ôhmicos utilizados para variar corrente que passa em um circuito elétrico.
5. Potência em Resistores:
Se a resistência do resistor é desconhecida, porém sabe-se a tensão (U) aplicada em seus terminais e a corrente elétrica (i) que o atravessa, determina-se a potência utilizando a seguinte equação:
Se a corrente elétrica que atravessa o resistor é desconhecida, mas a resistência (R) e a tensão (U) aplicada em seus terminais são conhecidas, determina-se a potência utilizando a seguinte equação:
Se a tensão aplicada nos terminais do resistor é desconhecida, mas a resistência (R) e a corrente elétrica (i) que o atravessa são conhecidas, determina-se a potência utilizando a seguinte equação:
(ENEM 2017 – Questão 93 – Caderno 7 azul) Dispositivos eletrônicos que utilizam materiais de baixo custo, como polímeros semicondutores, têm sido desenvolvidos para monitorar a concentração de amônia (gás tóxico e incolor) em granjas avícolas. A polianilina é um polímero semicondutor que tem o valor de sua resistência elétrica nominal quadruplicado quando exposta a altas concentrações de amônia. Na ausência de amônia, a polianilina se comporta como um resistor ôhmico e a sua resposta elétrica é mostrada no gráfico.
a) 0,5 × 100.
b) 2,0 × 100.
c) 2,5 × 105.
d) 5,0 × 105.
e) 2,0 × 106.
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (procure a resposta da questão 93).
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