Condensador

Um condensador é um dispositivo que armazena carga elétrica que pode, mais tarde, ser descarregada num circuito elétrico.

Existem diversos tipos de condensador (Figura 1 a Figura 5):

Figura 1 - Condensador de cerâmica.
Figura 1 - Condensador de cerâmica.
   
Figura 2 - Condensador eletrolítico.
Figura 2 - Condensador eletrolítico.
   
Figura 3 - Condensador de poliéster.
Figura 3 - Condensador de poliéster.
         
Figura 4 - Condensador de polipropileno.
Figura 4 - Condensador de polipropileno.
   
Figura 5 - Condensador de tântalo.
Figura 5 - Condensador de tântalo.
     

O símbolo do condensador é:

As utilizações dos condensadores é muito variada: em pacemakers, nos flash de máquinas fotográficas, em lâmpadas fluorescentes, para arranque de motores, como filtro nas fontes de alimentação...

Constituição do condensador

Um condensador típico, plano, é constituído por dois condutores (armaduras) a uma distância próxima \(d\) um do outro, no meio dos quais há um isolador, o dielétrico (que pode ser ar, óxido de silício, polietileno...) (Figura 6).

O dielétrico é um material não condutor mas que será polarizado durante a carga do condensador. Cada meio dielétrico apresenta uma propriedade característica: a permitividade elétrica.

Cada uma das armaduras do condensador irá ser ligada a um terminal elétrico diferente (um ao positivo e o outro ao negativo de uma pilha).

Figura 6 - Constituição típica de um condensador.
Figura 6 - Constituição típica de um condensador.

Embora o princípio de construção seja o mesmo, cada tipo diferente de condensador apresenta uma montagem diferente (a Figura 7 é relativa à montagem de um condensador eletrolítico).

Figura 7 - Montagem de um condensador eletrolítico [Imagem: obaricentrodamente.blogspot.pt].
Figura 7 - Montagem de um condensador eletrolítico [Imagem: obaricentrodamente.blogspot.pt].

Carga do condensador

Ao aplicarmos uma diferença de potencial aos terminais do condensador ele irá armazenar cargas (Figura 8). Uma armadura fica carregada negativamente e a outra fica carregada positivamente (no entanto, a carga total do condensador é nula).

Figura 8 - Carga de um condensador.
Figura 8 - Carga de um condensador.

O condensador fica com uma diferença de potencial entre as armaduras igual à diferença de potencial da fonte que o carregou.

Após o condensador ser desligado da fonte, as cargas ficam armazenadas. O condensador fica carregado mesmo depois de desligar o circuito.

Capacidade

A capacidade, \(C\), de um condensador mede a quantidade de carga que este pode armazenar,

$$C=\frac{Q}{U}$$

em que:
\(C\) - capacidade do condensador (F)
\(Q\) - carga fornecida (C)
\(U\) - diferença de potencial entre as armadura (V)

A unidade SI da capacidade é o farad, F.

As capacidade típicas de condensadores são de 1 𝜇F a 1 pF.

Quanto maior a capacidade de um condensador maior será o tempo de carga e descarga.

A capacidade, \(C\), de um condensador também depende da geometria de construção (forma, áreas das armaduras, \(A\), e distância entre armaduras, \(d\)) e do meio dielétrico utilizado.

Figura 9 - Dependência da capacidade em função da área das armaduras, da distâncias entre estas e do meio dielétrico usado.
Figura 9 - Dependência da capacidade em função da área das armaduras, da distâncias entre estas e do meio dielétrico usado.

A expressão da capacidade do condensador pode ser expressa em função destas variáveis:

$$C=\varepsilon \; \frac{A}{d}$$

em que:
\(C\) - capacidade do condensador (F)
\(\varepsilon\) - permitividade elétrica do dielétrico (F m-1)
\(A\) - área das armaduras (m2)
\(d\) - distância entre as armaduras (m)

A partir desta última expressão é possível verificar que a capacidade de um condensador é:

  • Diretamente proporcional à área das armaduras e à permitividade do meio dielétrico:
    • Quanto maior for a área das armaduras, maior é a capacidade do condensador;
    • Um meio dielétrico com maior permitividade aumenta a capacidade do condensador;
  • Inversamente proporcional à distância entre as armaduras:
    • O aumento da distância entre as armaduras diminui a capacidade do condensador.

A permitividade elétrica do vazio é igual a \({\varepsilon}_{0}\) = 8,854 187 817 5 × 10-12 F m-1

Energia armazenada num condensador

Energia, \(E\), armazenada por um condensador é calculada pela expressão

$$E=\frac{1}{2} \; Q \; U=\frac{1}{2} \; \frac{{Q}^{2}}{C}=\frac{1}{2} \; {U}^{2} \; C$$

em que:
\(E\) - energia armazenada (J)
\(Q\) - carga fornecida (C)
\(U\) - diferença de potencial entre as armadura (V)
\(C\) - capacidade do condensador (F)

Laboratório do Capacitor: Básico [© PhET]
12º ano - F - 2.2.5. Condensadores
12º ano - F - 2.2.5. Condensadores

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