Carregando e descarregando o capacitor

carga do capacitor

Para carregar o capacitor, você precisa conectá-lo ao circuito DC. Na fig. 1 mostra o circuito de carga do capacitor. O capacitor C é conectado aos terminais do gerador. A chave pode ser usada para fechar ou abrir o circuito. Vamos dar uma olhada detalhada no processo de carregar um capacitor.

O gerador tem resistência interna. Quando a chave é fechada, o capacitor será carregado com uma tensão entre as placas igual a e. etc. v. gerador: Uc = E. Neste caso, a placa conectada ao terminal positivo do gerador recebe uma carga positiva (+q), e a segunda placa recebe uma carga negativa igual (-q). O tamanho da carga q é diretamente proporcional à capacidade do capacitor C e à tensão em suas placas: q = CUc

Educaçao Fisica. 1… Circuito de carga do capacitor

Para carregar as placas do capacitor, é necessário que uma delas ganhe e a outra perca uma certa quantidade de elétrons.A transferência de elétrons de uma placa para outra é realizada ao longo do circuito externo pela força eletromotriz do gerador, e o processo de movimentação de cargas ao longo do circuito nada mais é do que uma corrente elétrica, chamada de corrente capacitiva de carga A carga

O valor da corrente de carga geralmente flui em milésimos de segundo até que a tensão no capacitor atinja um valor igual a e. etc. v. gerador. O gráfico do aumento de tensão nas placas do capacitor durante o carregamento é mostrado na fig. 2, a, da qual se pode ver que a tensão Uc aumenta suavemente, primeiro rapidamente e depois cada vez mais lentamente, até se igualar a e. etc. v. gerador E. Depois disso, a tensão no capacitor permanece inalterada.

Arroz. 2. Gráficos de tensão e corrente ao carregar um capacitor

À medida que o capacitor carrega, uma corrente de carga flui através do circuito. O gráfico da corrente de carga é mostrado na Fig. 2, b. No momento inicial, a corrente de carga tem o maior valor, pois a tensão no capacitor ainda é zero e, de acordo com a lei de Ohm, iotax = E /Ri, pois todos e., etc. c gerador é aplicado à resistência Ri.

À medida que o capacitor carrega, ou seja, aumenta a tensão sobre ele, ela diminui para a corrente de carga. Quando já existe uma tensão no capacitor, a queda de tensão na resistência será igual à diferença entre e. etc. v. tensão do gerador e do capacitor, ou seja, igual a E — U s. Portanto itax = (E-Us) / Ri

A partir daqui, pode-se ver que à medida que Uc aumenta, icarga e em Uc = E a corrente de carga torna-se zero.

Leia mais sobre a Lei de Ohm aqui: Lei de Ohm para uma seção de um circuito

A duração do processo de carregamento do capacitor depende de duas quantidades:

1) da resistência interna do gerador Ri,

2) da capacitância do capacitor C.

Na fig. 2 mostra os gráficos das correntes elegantes para um capacitor com capacidade de 10 microfarads: a curva 1 corresponde ao processo de carregamento de um gerador com e. etc. com E = 100 V e com uma resistência interna Ri = 10 Ohm, a curva 2 corresponde ao processo de carregamento de um gerador com o mesmo e. pr. com, mas com uma resistência interna menor: Ri = 5 ohms.

A partir de uma comparação dessas curvas, pode-se observar que com uma menor resistência interna do gerador, a força da corrente elegante no momento inicial é maior e, portanto, o processo de carregamento é mais rápido.

Arroz. 2. Gráficos de correntes de carga em diferentes resistências

Na fig. 3 compara os gráficos das correntes de carga ao carregar do mesmo gerador com e. etc. com E = 100 V e resistência interna Ri = 10 ohms de dois capacitores com capacidades diferentes: 10 microfarads (curva 1) e 20 microfarads (curva 2).

Corrente inicial de carga iotax = E /Ri = 100/10 = 10 Ambos os capacitores são iguais, pois um capacitor com maior capacidade armazena mais eletricidade, então sua corrente de carga deve demorar mais e o processo de carga é mais - longo.

Arroz. 3. Tabelas de correntes de carga com diferentes capacidades

Descarga do capacitor

Desconecte o capacitor carregado do gerador e conecte uma resistência às suas placas.

Existe uma tensão nas placas do capacitor Us, portanto, em um circuito fechado, fluirá uma corrente chamada de corrente capacitiva de descarga ires.

A corrente flui da placa positiva do capacitor através da resistência para a placa negativa. Isso corresponde à transição dos elétrons em excesso da placa negativa para a positiva, onde eles estão ausentes.O processo de pórticos ocorre até que os potenciais das duas placas sejam iguais, ou seja, a diferença de potencial entre elas torna-se zero: Uc = 0.

Na fig. 4a mostra o gráfico da diminuição da tensão no capacitor durante a descarga do valor Uco = 100 V para zero, e a tensão primeiro diminui rapidamente e depois mais lentamente.

Na fig. 4, b mostra o gráfico das mudanças na corrente de descarga. A força da corrente de descarga depende do valor da resistência R e de acordo com a lei de Ohm ires = Uc/R

Arroz. 4. Gráficos de tensão e correntes durante a descarga do capacitor

No momento inicial, quando a tensão nas placas do capacitor é a maior, a corrente de descarga também é a maior, e com a diminuição de Uc durante a descarga, a corrente de descarga também diminui. Em Uc = 0, a corrente de descarga para.

A duração do descarte depende:

1) da capacitância do capacitor C

2) no valor da resistência R à qual o capacitor descarrega.

Quanto maior a resistência R, mais lenta será a descarga. Isso se deve ao fato de que, com uma grande resistência, a força da corrente de descarga é pequena e a quantidade de carga nas placas do capacitor diminui lentamente.

Isso pode ser mostrado nos gráficos da corrente de descarga do mesmo capacitor, com capacidade de 10 μF e carregado a uma tensão de 100 V, em dois valores diferentes de resistência (Fig. 5): curva 1 — em R =40 ohms, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2,5 A e curva 2 — a 20 Ohm ioresr = 100/20 = 5 A.

Arroz. 5. Gráficos das correntes de descarga em diferentes resistências

A descarga também é mais lenta quando a capacitância do capacitor é grande.Isso ocorre porque com mais capacitância nas placas do capacitor, há mais eletricidade (mais carga) e levará mais tempo para que a carga seja drenada. Isso é claramente mostrado pelos gráficos das correntes de descarga para dois capacitores de mesma capacidade, carregados na mesma tensão de 100 V e descarregados para uma resistência R = 40 ohms (Fig. 6: curva 1 - para um capacitor com capacidade de 10 microfarads e curva 2 — para capacitor com capacidade de 20 microfarads).

Arroz. 6. Gráficos das correntes de descarga em diferentes potências

Dos processos considerados, pode-se concluir que em um circuito com capacitor, a corrente circula apenas nos momentos de carga e descarga, quando a tensão nas placas muda.

Isso se explica pelo fato de que quando a tensão muda, a quantidade de carga nas placas muda, e isso requer o movimento de cargas ao longo do circuito, ou seja, uma corrente elétrica deve passar pelo circuito. Um capacitor carregado não passa corrente contínua porque o dielétrico entre suas placas abre o circuito.

energia do capacitor

Durante o processo de carregamento, o capacitor armazena energia recebendo-a do gerador. Quando um capacitor é descarregado, toda a energia do campo elétrico é convertida em energia térmica, ou seja, vai aquecer a resistência através da qual o capacitor é descarregado. Quanto maior a capacitância do capacitor e a tensão em suas placas, maior a energia do campo elétrico do capacitor. A quantidade de energia possuída por um capacitor de capacidade C carregado a uma tensão U é igual a: W = Wc = CU2/2

Um exemplo. Capacitor C = 10 μF carregado com tensão Uc = 500 V.Determine a energia que será liberada na força do calor na resistência através da qual o capacitor é descarregado.

Responder. Durante a descarga, toda a energia armazenada pelo capacitor será convertida em calor. Portanto W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1,25 J.