O que é capacitância em engenharia elétrica

A capacidade elétrica caracteriza a propriedade dos corpos condutores de carregar sob a influência de um campo elétrico e também de acumular energia elétrica no campo desses corpos.

Uma analogia da capacidade elétrica no campo da hidrostática pode ser a capacidade específica de uma embarcação por unidade de altura, que é numericamente igual à área da seção horizontal da embarcação.

Imagine uma cisterna alta. A quantidade de líquido (a quantidade de eletricidade no corpo) que pode ser armazenada no tanque depende da altura de seu enchimento (potencial do corpo), bem como do volume de líquido por unidade de altura do tanque (capacidade do corpo). Esse volume de líquido, por sua vez, depende da área da parte horizontal do tanque - de seu diâmetro.

Quanto maior esse diâmetro e, portanto, o volume por unidade de altura, maior a capacitância específica por altura do tanque (a capacitância elétrica entre as duas placas é proporcional à área das placas, consulte - O que determina a capacitância de um capacitor?).Assim, depende do valor do volume de líquido por unidade de altura e do trabalho que deve ser gasto no enchimento do tanque.

Suponha que existam duas bolas de cobre do mesmo tamanho (vermelha e azul) localizadas a uma certa distância uma da outra no espaço. Pegue uma bateria de 9 volts e conecte-a com pólos opostos a essas duas bolas de modo que «+» seja conectado a uma bola (à azul) e «-» à outra (à vermelha). Uma diferença de potencial elétrico igual à tensão da bateria V = 9 volts aparecerá entre as bolas.

Os estados elétricos dessas duas bolas de cobre imediatamente se tornaram diferentes de antes da conexão da bateria, porque agora existem cargas elétricas opostas nas bolas que interagem, experimentando a força de atração uma pela outra.

Podemos dizer que a bateria transferiu uma carga positiva + q da bola esquerda para a direita e, portanto, a diferença de potencial entre as bolas tornou-se V = 9 volts. Agora a bola da esquerda está carregada negativamente -q.

Se adicionarmos outra bateria do mesmo tipo ao circuito em série, a diferença de potencial entre as bolas ficará duas vezes maior, a tensão entre elas não será mais de 9 volts, mas de 18 volts, e a carga passará do bola para a bola também vai dobrar (será 2q) assim como a voltagem. Mas qual é a magnitude dessa carga q que se move cada vez que a tensão aumenta em 9 volts?

Obviamente, a magnitude dessa carga é proporcional à diferença de potencial criada entre as bolas. Mas em que proporção numérica exata estão a carga e a diferença de potencial? Aqui teremos que introduzir uma característica do condutor como a capacidade elétrica C.

A capacitância é uma medida da capacidade de um condutor de armazenar carga elétrica. Também é importante entender que quando o primeiro fio é carregado, a intensidade do campo elétrico ao seu redor aumenta. Consequentemente, o efeito do primeiro fio carregado no segundo fio carregado aumentará, especialmente se eles começarem a se aproximar.

A força de interação entre os fios carregados torna-se maior se a distância entre eles for menor. Além disso, dependendo dos parâmetros do meio entre os fios, a força de sua interação também pode ser diferente.

Portanto, se houver vácuo entre os fios, a força de atração entre suas cargas será um, mas se o náilon for colocado entre os fios em vez do vácuo, a força da interação eletrostática triplicará, porque o náilon passa por um campo elétrico através de si 3 vezes melhor que o ar e, na verdade, devido ao campo elétrico, os fios carregados interagem entre si.

Se os fios carregados começarem a se espalhar um do outro em direções diferentes, eles vão interagir menos, a diferença de potencial será maior para as mesmas cargas, ou seja, a capacidade de tal sistema diminuirá com a separação dos fios. O trabalho é baseado na ideia de capacidade elétrica capacitores.

Capacitores

A propriedade de condutores carregados de interagir eletrostaticamente uns com os outros através de campos elétricos separados por um dielétrico é usada em capacitores.

Estruturalmente, os capacitores são duas placas chamadas placas. As placas são separadas por um dielétrico.Para obter a maior capacidade possível, é necessário que as placas tenham uma grande superfície e a distância entre elas seja mínima.

Os capacitores em engenharia elétrica servem como acumuladores de energia elétrica em um campo elétrico que se concentra no volume de dielétrico colocado entre as placas do capacitor, devido ao qual a carga é acumulada ou removida (na forma de corrente elétrica).

Duas placas são colocadas a uma curta distância uma da outra dentro de um invólucro vedado. Cerâmica, polipropileno, eletrolítico, tântalo, etc. — capacitores diferem no tipo de dielétrico entre as placas.

Os capacitores são de alta tensão e baixa tensão, dependendo da rigidez dielétrica.

Dependendo da área das placas e da constante dielétrica do dielétrico utilizado, existem capacitores com grande capacidade, chegando a centenas de farads (supercapacitores), e pequena capacidade — unidades de picofarads.

O uso da capacidade elétrica em engenharia elétrica

A propriedade dos sistemas capacitivos é amplamente utilizada na engenharia elétrica em tecnologias de corrente alternada, principalmente na área de altas e ultraaltas frequências.

Na tecnologia DC, a capacitância é usada em dispositivos de magnetização de ímã permanente, para soldagem elétrica pulsada, testes de ruptura dielétrica pulsada, suavização de curva de corrente em retificadores, etc.

A capacitância de qualquer sistema de corpos condutores isolados, que não pode ser completamente reduzida a zero, pode, em alguns casos, ter um efeito indesejável nas características dos dispositivos elétricos (na forma de interferência, vazamento capacitivo, etc.).

Você pode se livrar de tal influência ou compensando adequadamente seu efeito (geralmente usando indutância), ou criando condições nas quais os potenciais de certos corpos do sistema em relação aos objetos circundantes tenham um valor mínimo (por exemplo, aterramento de um dos corpos).