Tipos de Capacitores: Cerâmico, Eletrolítico, Poliéster e Corrente Contínua, Trabalhos de Eletrônica

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ESCOLA E FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI ANCHIETA

CURSO TÉCNICO DE MECATRÔNICA

FELIPE DE OLIVEIRA

CAPACITORES E INDUTORES

Aplicações e utilidades de componentes elétricos SÃO PAULO – SP 2022

FELIPE DE OLIVEIRA

CAPACITORES E INDUTORES

Aplicações e utilidades de componentes elétricos Trabalho de pesquisa apresentado à Escola e Faculdade de Tecnologia Senai Anchieta, como requisito de avaliação semestral do Curso Técnico em Mecatrônica. Professor: …….. SÃO PAULO – SP 2022

Sumário

• Estrutura de um capacitor............................................................................................
• Tipos de capacitores....................................................................................................
• Capacitor em corrente contínua...................................................................................
• Capacitância..............................................................................................................
• Capacitores em corrente alternada............................................................................
• Reatância capacitiva..................................................................................................
• Associação de Capacitores........................................................................................
• Tipos de indutor........................................................................................................
• Indutância..................................................................................................................
• Autoindução..............................................................................................................
• Associação de indutores............................................................................................
• Modelos matematicos de indutores e capacitores.....................................................

INTRODUÇÃO

O presente trabalho, tem como objetivo apresentar os componentes capacitor e indutor, com a finalidade de apresentar o funcionamento e aplicações desses componentes em diferentes circuitos e alimentação. Tais esses como o funcionamento em corrente alternada e circuitos de filtros. O trabalho apresentará a composição e função dos componentes, juntamente com os modelos matemáticos e equações que envolvem tanto os capacitores quanto os indutores.

O material utilizado para a confecção da armadura por natureza é eletricamente neutro. Em cada uma das placas que a compõe, o número total de prótons e elétrons é igual, sendo assim fazendo com que não tenha um potencial elétrico na armadura. Consequentemente sem a presença de um potencial em cada armadura, não há uma diferença de potencial ou tensão entre elas, assim como demonstrado na figura 2. Figura 2 – Diferença de potencial zero. Tipos de capacitores Existem diversos tipos de capacitores, entre esse os mais utilizados na eletrônica são os capacitores de cerâmica, eletrolítico e de poliéster. Capacitor cerâmico Os capacitores cerâmicos são normalmente de pequenas dimensões e encapsulados em discos, a isolação das placas é feita por cerâmicas e dá o nome a este tipo de capacitor, tais capacitores são normalmente utilizados em altas frequências e possuem baixos valores de capacitância atingindo a ordem de pico-farards

Figura 3 – Capacitores cerâmicos. Capacitor eletrolítico Os Capacitores eletrolíticos consistem em fitas de metal separadas por um polímero e enrolados de forma a aumentar a área e com isso o valor de sua capacitância, tal dispositivo é embebido em um liquido isto é o eletrólito que serve como dielétrico, tais capacitores tem polaridade e normalmente são utilizados em baixas frequências ou onde é requerido um grande acumulo de carga. Figura 4 – Capacitores eletrolíticos Capacitores de poliéster Os capacitores de poliéster são constituídos de lâmina de metal separadas por um dielétrico de poliéster enrolados em uma bobina revestidos por uma cerâmica que normalmente contém o código de cores referente a sua capacitância, tais capacitores são largamente utilizados em circuitos de áudio (tais como amplificadores) e osciladores de baixa frequência.

A armadura que recebe elétrons da fonte fica com íons negativos, portanto adquirindo um potencial negativo, enquanto a armadura que está fornecendo elétrons, fica com íons positivos, consequentemente com um potencial positivo, assim como representado na figura

Figura 7 – Cargas em um capacitor conectado a fonte. Assim é possível observar que ao alimentar um capacitor com uma fonte de CC, ocorre uma diferença de potencial entre suas armaduras. Tratando-se da tensão presente nas armaduras do capacitor, o valor será muito próximo ao da tensão da fonte de CC, sendo assim por praticidade o valor é considera igual, como apontado na figura 5. Figura 8 – Tensões iguais entre a armadura e a fonte. Assim que o capacitor possuir a mesma tensão de sua fonte de alimentação, assume-se que o capacitor está carregado. Mesmo se o capacitor for desconectado de sua fonte de CC, suas armaduras irão permanecer com a mesma quantidade de potencial absorvido durante a alimentação, assim como representado na figura 6,

Figura 9 – Permanência dos potenciais das armaduras após ser desconectado da fonte de CC. Dessa forma assume-se que mesmo após ser descontado da fonte de corrente contínua, ainda irá permanecer tensão em suas armaduras. Conclui-se que ao conectar um capacitor em uma fonte de corrente contínua, o componente irá absorver energia da fonte, armazenando-a em suas armaduras. A capacidade de absorver e manter energia contida em suas armaduras, é o que torna o capacitor um componente de armazenamento de cargas elétricas. Capacitância A capacitância é uma grandeza física que mede a quantidade de cargas que um capacitor pode armazenar, quanto mais cargas é suportada, maior será o valor de sua capacitância. O valor de capacitância é medido em farads (F), essa unidade é um tributo à memória de Michael Faraday, um cientista que realizou muitas experiências eletrostáticas e magnéticas. A seguir é demonstrado a fórmula utilizada para o cálculo da capacitância. Figura 10 – Fórmula para o cálculo da Capacitância C – Capacitância (F) Q – Carga elétrica (C) U – Potencial elétrico (V)

Figura 11 – Troca de polaridade. Como podemos observar na figura 9, em cada semiciclo, a armadura que estiver recebendo o potencial positivo irá entregar elétrons a fonte, enquanto a armadura que estiver ligado no potencia negativo irá estar recebendo. Figura 12 – Recepção e fornecimento de elétrons na armadura. Devido a sucessiva troca de polaridade, durante um semiciclo completo uma mesma armadura irá receber elétrons da fonte enquanto a outra devolverá elétrons à fonte, assim como apresentado na figura 10. Figura 13 – Inversão de polaridade.

Há, portanto, a passagem de elétrons ora entrando, ora saindo nas amaduras. Com isso é notável que circula uma corrente alternada no circuito, mesmo que as cargas não passem pelo dielétrico para chegar de uma armadura à outra. Conclui-se que um capacitor ligado a uma fonte de corrente alternada, permite a circulação de corrente num circuito. Reatância capacitiva Os processos de carga e descarga sucessivas de um capacitor ligado em CA dá origem a uma resistência à passagem da corrente no circuito. Esta resistência é denominada de reatância capacitiva. A reatância capacitiva é representada pela notação Xc e é expressa em ohms. A equação que expressa Xc é: Figura 14 – Fórmula da reatância capacitiva. Onde: Xc = reatância capacitiva em ; 2  = constante (6,28); f = frequência da corrente alternada em Hz; C = capacitância do capacitor em F. Como a capacitância geralmente é representada por seus submúltiplos, pode-se transformar o numerador da equação na potência que representa o valor do capacitor. Exemplo μF seria representado assim: Figura 15 – Fórmula da reatância capacitiva com μF.

Esses três valores estão relacionados entre si nos circuitos de CA da mesma forma que nos circuitos de CC, ou seja, através da lei de Ohm, como ilustrado na figura 15. Figura 18 - Relação entre tensão aplicada, reatância capacitiva e corrente. Associação de Capacitores Os capacitores, da mesma forma que os resistores podem ser conectados entre si, assim formando associações em série paralela ou mista. A associação mista de capacitores dificilmente é utilizada na prática, as mais usuais são a mista e a em paralelo. A associação paralela de capacitores tem por objetivo obter maiores valores de capacitância. Assim como demostrado na figura 16, pode-se observar uma associação paralela de capacitores e sua representação simbólica. Figura 19 – Associação em paralelo de capacitores. A associação em paralelo de capacitores possui características particulares tratando-se da capacitância total e tensão de trabalho. A capacitância total da associação paralela é a soma

das capacitâncias individuais. Matematicamente, a capacitância total de uma associação paralela é dada pela equação: CT = C1 + C2 + …...Cn Onde: CT = capacitância total da associação; C1 = capacitância de C1; C2 = capacitância de C2; Cn = capacitância do capacitor Cn. Já quando se trata da tensão de trabalho na associação paralela, o máximo de tensão que pode ser aplicado a uma associação paralela é a daquele capacitor que possui menor tensão de trabalho. Indutores Introdução O indutor, também conhecido como solenoide ou bobina, é um componente elétrico capaz de armazenar energia em um campo magnético gerado pela corrente que o circula. Essa capacidade é chamada de indutância e é medida em Henrys (H). Estrutura de um indutor De maneira geral, um indutor é composto por um fio condutor enrolado em forma de espiral. Cada volta da bobina é chamada de espira e a sua quantidade influencia diretamente na intensidade do campo magnético gerado. Indutores são amplamente utilizados em circuitos analógicos e em processamento de sinais. Juntamente com capacitores e outros componentes.

Bobinas Toroidais Em indutores em forma de bastão, o campo magnético circula não só pelo núcleo, mas também pelo ar entre uma extremidade e outra da bobina. Isso causa grandes perdas, diminuindo o valor da indutância. Um núcleo toroidal é feito geralmente de ferrite e possui o formato de uma rosca, criando um caminho fechado para a circulação do campo magnético, aumentando, com isso, o valor da indutância. Indutância A indutância é um parâmetro chave em circuitos elétricos e eletrônicos. Assim como a resistência e a capacitância, é uma medição elétrica básica que afeta todos os circuitos até certo ponto. Quando uma corrente flui dentro de um condutor, seja ele direto ou na forma de uma bobina, um campo magnético se forma ao seu redor e isso afeta a maneira como a corrente se acumula depois que o circuito é feito. O símbolo da indutância é a letra L, e sua unidade de medida é o Henry (H), em homenagem a Joseph Henry, que foi um cientista pioneiro na área do eletromagnetismo. Um H é a indutância que permite que um volt seja induzido quando a corrente que atravessa um indutor varia na taxa de um ampère por segundo. Desta forma, temos que a fórmula básica da indutância é: Figura 21 – Fórmula da indutância. onde: L é a indutância, em henrys; VL é a tensão induzida sobre a bobina, em volts; Δi/Δt é a taxa de variação da corrente elétrica, em A/s (ampères por segundo).

Autoindução A autoindução é o fenômeno causado pela interação da corrente elétrica com o indutor. Sabe-se que o campo magnético existente no interior de uma bobina depende diretamente da corrente elétrica que passa por ela. Caso haja variação na intensidade da corrente elétrica, percebe-se que o campo magnético dentro dessa bobina também sofre uma variação. Como resultado dessa interação surge uma força eletromotriz induzida na bobina. Essa força também depende da variação da corrente elétrica. Indutores em corrente alternada Quando se é utilizado um indutor em um circuito de corrente continua, a manifestação da indutância ocorre apenas quando há uma variação de corrente. Contudo, quando se trata de indutores em corrente alternada, o seu comportamento é completamente diferente. Como os valores de tensão e corrente estão em frequente alteração, a indutância então ocorre de forma permanente no circuito. Essa indutância permanente recebe o nome de reatância indutiva e é representada pela notação XL. A reatância indutiva é determinada pela seguinte fórmula: Figura 22 – Fórmula da reatância indutiva. Onde: XL = Reatância indutiva em Ohms (Ω); Π = Constante “Pi” (3,14); F = Frequência em (Hz); L = Indutância em Henrys (H). Associação de indutores Os indutores assim como os resistores e capacitores, também possuem uma associação em série, paralela e mista, sendo que a associação mista não é comum de ser utilizada em circuitos. Quando se trata de associação os indutores são semelhantes aos resistores, na qual a