Os capacitores estão entre os componentes eletrônicos mais utilizados. Aliás, eles são um dos componentes fundamentais da Eletrônica, que é um ramo da Eletricidade. Os capacitores são importantes por armazenarem energia.

Os capacitores nos permitem estudar dois conceitos importantes na Física: campo e energia. Dentre as várias aplicações podemos citar duas: a produção de circuitos oscilantes, para emissão de ondas eletromagnéticas (radio, televisão, celulares etc) e armazenamento de energia para gerar correntes elétricas de grande intensidade.

Capacitor

É um conjunto de dois condutores, chamados de placas, separados por um meio isolante.

Capacitância:
A capacitância é a capacidade de armazenar cargas elétricas. É razão entre a carga \(q\) da placa positiva e a \(ddp\) positiva \(V_{AB}\) entre elas: $$C = \frac{q}{V_{AB}}.$$ A capacitância de um condutor depende de sua geometria e do meio onde se encontra. A unidade de capacitância no S.I. é o Faraday, que é Coulomb por Volt ( \([F] = \frac{C}{V} \) ).
Condutor esférico isolado:
A capacitância para um condutor esférico isolado é $$C = \frac{R}{k},$$ onde \(R\) é o raio do condutor esférico e \(k\) é a constante eletrostática do meio.
Placas planas e paralelas
A capacitância de um capacitor de placas planas e paralelas, no vácuo, é diretamente proporcional a área das placas e inversamente proporcional a distância entre elas, $$C = \epsilon_0 \frac{A}{d}$$ onde \(A\) é a área útil de uma das placas, \(d\) é a separação entre as placas e \(\epsilon_0\) é a permissividade elétrica do vácuo.
Densidade superficial de carga \((\sigma)\)
Para uma área \(A\) com uma quantidade de carga \(q\) distribuída uniformemente em sua superfície, a densidade superficial de carga elétrica é $$\sigma = \frac{q}{A}.$$

Associação de capacitores

Existem duas maneiras de associar capacitores: a) em série e b) em paralelo.
Associação em Série
A carga em cada capacitor é a mesma e a \(ddp\) no i-ésimo capacitor é dada por: $$U_i = \frac{Q}{C_i}$$ tal que $$U = U_1 + U_2 + \ldots + U_n$$ e dividindo ambos os lados por \(Q\) obtemos $$\frac{1}{C_{eq}} = \frac{1}{C_{1}} +\frac{1}{C_{2}} + \ldots+ \frac{1}{C_{n}}$$
Associação em Paralelo
A \(ddp\) em cada capacitor é a mesma, e a carga no i-ésimo capacitor é dada por \(Q_i = U C_i\) ou \(C_i=\frac{Q_i}{U}\) . A carga total é $$Q = Q_1 + Q_2 + \ldots + Q_n,$$ e dividindo ambos os lados da equação acima por \(U\) obtemos $$\frac{Q}{U} = \frac{Q_1}{U} + \frac{Q_2}{U} + \ldots + \frac{Q_n}{U},$$ e assim $$C_{eq} = C_{1} + C_{2} + \ldots + C_{n}.$$

Efeito de um dielétrico

Um material não condutor é também chamado de dielétrico. Quando se introduz um dielétrico entre os condutores de um capacitor, o campo elétrico no dielétrico fica diminuído e a capacitância \(C\) aumenta por um fator \(K\) , a constante dielétrica. Isto é \(C = K C_0\) , onde \(C_0\) é .a capacitância sem o dielétrico. O campo no dielétrico é diminuído porque os momentos de dipolo das moléculas (permanentes ou induzidos) tendem a se alinhar com o campo e geram um outro campo que se opõe ao primeiro. O momento de dipolo alinhado com o campo é proporcional à intensidade deste campo.

Utilidades de um dielétrico:

  • Aumentar a capacitância de um capacitor;
  • Aumentar a rigidez dielétrica;
  • Proporcionar separação mecânica entre os condutores.

Energia armazenada em um capacitor

A energia potencial armazenada, \(E_p\) , em um campo elétrico de um capacitor de capacitância \(C\) , com uma carga \(q\) e submetido a uma ddp \(U\) é dada por: $$E_p = \frac{CU^2}{2} = \frac{q^2}{2C} = \frac{qU}{2} $$