Capacitor

Capacitor é um dispositivo capaz de armazenar energia elétrica. Um capacitor consite de dois condutores separados entre si. O espaço entre os condutores pode estar vazio, conter ar atmosférico,ou um material dielétrico (não condutor) qualquer. A capacitância de um capacitor depende apenas de parâmetros geométrico, como a área das placas condutoras e adistância entre as placas. Ela depende também do material dielétrico colocado entre as placas do capacitor.

Capacitância
A carga q de um capacitor é proporcional à diferença de potencial V entre os condutores, e a constante de proporcionaliade é a capacitância C do capacitor: q = CV.
Partindo da equação,  q = CV, vamos determinar a capacitância C = q/V de um capacitor plano de placas paralelas.

Em um capacitor paralelo, o campo elétrico é uniforme, e V =  Ed, onde d é a distância entre as placas. Aplicando a lei de Gauss em uma das placas do capacitor, obtemos E = q/e₀A. Portanto, E = qd/e₀A. Substituindo essa expressão para V em C = q/V, obtemos finalmente,  C = e₀A/d, onde e₀ é a permissividade do vácuo.

Esta equação realmente mostra que a capacitância depende apenas de fatores geométricos. Quando um material dielétrico é colocado entre as placas, a capacitância aumenta, pois, na equação acima, a permissividade do vácuo é substituída por e = e₀D, que é a permissividade do dielétrico, sendo D a constante dielétrica do material.

Simulação

Veja na simulação abaixo essas características básicas do capacitor.

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Explore como funciona um capacitor! Altere o tamanho das placas e a distância entre elas; adicione um dielétrico entre as placas para ver como isso afeta a capacitância. Altere a voltagem e veja as cargas acumuladas sobre as placas. Veja o campo elétrico no capacitor. Meça a tensão e campo elétrico.

Animações:

• Como funciona um capacitor. Carregue o capacior e, em seguida, descarregue-o. 
• Fatores que afetam a capacitância de um capacitor: O dielétrico, a área e a distância entre entre as placas.
• Capacitor variável. conheça um capacitor variável, encontrado nos rádios antigos.
• Sintonizador de rádio. Veja como um capacitor variável é usado como sintonizador de rádio.

Figura 1: Exemplo de um circuito elétrico simples contendo uma pilha (fonte de força eletromotriz), fios elétricos (condutores) e um capacitor (fonte: http://electronics.howstuffworks.com/capacitor1.htm).

Figura 2: Imagens de alguns capacitores comerciais. Fonte: http://www.mds975.co.uk/Content/components01.html.

Figura 3: Tudo indica que a garrafa de Leyden é o primeiro exemplo de capacitor construído, em torno de 1746, pelo professor holandês, Pieter van Musschenbroek, da Universiade de Leyden. Fonte: http://electronics.howstuffworks.com/capacitor3.htm.

Applets e animações de capacitores:

• Circuito RC: Durante carga de um capacitor, verifique como o potencial em um capacitor e em um resistor varia com o tempo.
• Circuito RC: Outro circuito RC.
• Capacitor: Animação mostrando o processo de carga e descarga de um capacitor.
• Associação de capacitores: Resolva diferentes problemas de associação de capacitores e confira a sua resposta.
• Exemplo de capacitor natural: Os raios são descargas elétricas de elétrons vindos das núvens carregadas para a terra, onde há concentração de cargas positivas. É um exemplo de capacitor natural.
• Capacitores em série: Demonstração da carga e descarga de dois capacitores em série.
• Capacitores em paralelo: Demonstração da carga e descarga de dois capacitores em paralelo.
• Circuito RC: Visualize a variação temporal da corrente e da carga na descarga de um capacitor (na página, clique sobre Menu, Electricity e RE circuit).
• Faça relampejar (animação intereativa em inglês da National Geografic)