Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Capacitores Elétricos

Apresentação em tema: "Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Capacitores Elétricos"— Transcrição da apresentação:

1 Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Capacitores Elétricos
Ensino Médio, 3ª Série Capacitores Elétricos

2 O que você deve saber sobre? CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES
Fis-cad-2-top prova O que você deve saber sobre? CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES Além de resistores, os circuitos elétricos apresentam dispositivos para gerar energia potencial elétrica a partir de outros componentes (geradores), armazenar cargas, interromper temporariamente o fluxo da corrente (capacitores) e transformar a energia elétrica em trabalho útil (receptores). Neste tópico, vamos revisar conceitos relativos a esses dispositivos, assim como aos circuitos de múltiplas malhas, para os quais são necessárias as leis de Kirchhoff.

3 Fis-cad-2-top prova I. Capacitores São pares de condutores, denominados armaduras e eletrizados por indução. Uma armadura tem a mesma quantidade de cargas da outra, mas de sinais opostos. DAVID J. GREEN -ELECTRICAL/ALAMY/ OTHER IMAGES Capacitores eletrolíticos de alumínio. As armaduras são dois cilindros de raios diferentes, mas de mesmo eixo. Entre os cilindros, há uma camada de material dielétrico. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

4 I. Capacitores Capacitor plano
Fis-cad-2-top prova I. Capacitores Capacitor plano Permissividade absoluta do vácuo: a constante ε0, que vale 8, F/m. O capacitor plano se torna mais eficiente quando a distância entre as placas é bem pequena, e a área de cada armadura é grande. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

5 Associação de capacitores
Fis-cad-2-top prova I. Capacitores Associação de capacitores Na associação em série, as ddps se somam, e a carga armazenada em todos os capacitores é a mesma. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

6 I. Capacitores Associação de capacitores Fis-cad-2-top-7 - 3 prova
Na associação em paralelo, as cargas se somam, e a ddp é a mesma em todos os capacitores. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

7 Energia potencial armazenada no capacitor
Fis-cad-2-top prova I. Capacitores Energia potencial armazenada no capacitor A energia potencial pode ser determinada pelas diferentes relações entre a carga Q, a capacitância C e a tensão U. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

8 Um gerador ideal teria resistência interna nula: U = E e h = 100%.
Fis-cad-2-top prova II. Geradores  Convertem energia elétrica em qualquer outro tipo de energia.  Elevam o potencial elétrico das cargas que entram num circuito pelo polo negativo e saem pelo polo positivo. A potência total de entrada sofre uma perda. O restante é aproveitado pelo circuito como potência útil. Equação do gerador: A razão entre a potência útil e a total nos dá o rendimento do gerador: Um gerador ideal teria resistência interna nula: U = E e h = 100%. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

9 Associação de geradores
Fis-cad-2-top prova II. Geradores Associação de geradores Em série: a corrente que percorre todos os geradores da associação é a mesma; a fem equivalente é a soma das individuais. Em paralelo: só é eficiente se todos os geradores forem idênticos; a corrente total se dividirá em partes iguais, mantendo-se a fem constante. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

10 III. Receptores Equação do receptor Rendimento do receptor
Fis-cad-2-top prova III. Receptores Equação do receptor Rendimento do receptor CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

11 Fis-cad-2-top prova IV. Leis de Kirchhoff Necessárias para a obtenção de correntes em circuitos com diversas malhas  Refletem a conservação de energia e a conservação de cargas elétricas no interior do circuito. A soma das correntes que chegam a um nó (I1 e I2) deve ser igual à soma das correntes que dele saem (I3, I4 e I5). Lei dos nós: CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

12 No circuito de duas malhas acima:
Fis-cad-2-top prova IV. Leis de Kirchhoff Lei das malhas A soma das ddps deve ser nula. Na lei das malhas, escolhemos arbitrariamente sentidos para as correntes em cada ramo do circuito e sentidos de percurso em cada malha. Ao lado, sentido anti-horário em ambas as malhas. No circuito de duas malhas acima: Lei dos nós, no ponto B: i2 = i1 + i3 CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

13 Fis-cad-2-top prova 1 (Unifal-MG) Os circuitos a seguir são formados por capacitores idênticos, associados de diferentes formas, conforme figura. Esses circuitos, designados por A, B e C, são todos submetidos à mesma diferença de potencial V. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: A Considerando que UA, UB e UC são respectivamente as energias totais dos circuitos A, B e C, pode-se afirmar que: a) UC > UA > UB. b) UA > UC > UB. c) UA > UC < UB. d) UC < UB > UA. Professor: como, para V fixo, a energia armazenada é diretamente proporcional à capacitância, o problema se converte em descobrir qual das associações tem a maior capacitância equivalente. O circuito com maior capacitância é o C, seguido por A e depois por B. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

14 Fis-cad-2-top prova 3 EXERCÍCIOS ESSENCIAIS (Cefet-CE) Um capacitor de placas paralelas é carregado com uma carga elétrica q. A área das placas e a distância entre elas valem, respectivamente, A e d. O meio entre as placas é o vácuo, cuja permissividade elétrica vale ε0. a) Calcule a energia potencial elétrica, armazenada no campo elétrico entre as placas na situação da figura 1. RESPOSTA: CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

15 Fis-cad-2-top prova 3 b) Mantendo uma das placas fixa, calcule o trabalho da força elétrica sobre a outra, para juntá-las completamente, conforme a figura 2 do eslaide anterior. c) Calcule o valor da força elétrica constante que a placa negativa exerce sobre a placa positiva. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: RESPOSTA: Obs.: os valores ao lado devem ser expressos em função de ε0, q, d e A. Lembre-se de que a capacitância de um capacitor de placas paralelas, no vácuo, vale o  A d CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

16 e) Ambas brilham igualmente.
Fis-cad-2-top prova 5 (UFJF-MG) Nos dois circuitos ao lado, as quatro baterias são idênticas, assim como as duas lâmpadas. Comparando o brilho das lâmpadas nos dois circuitos, assinale a alternativa correta sobre qual delas brilha mais. a) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias em série fornecem voltagem menor que uma única bateria. b) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias em série fornecem voltagem maior que uma única bateria. c) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias em paralelo fornecem voltagem menor que uma única bateria. d) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias em paralelo fornecem voltagem maior que uma única bateria. e) Ambas brilham igualmente. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: B Supondo as baterias ideais, no circuito 1 a fem é 2E; portanto, a corrente também dobra para 2i, para a mesma resistência. No circuito 2, a fem é igual a E, e a corrente vale i. Como o brilho depende da corrente que circula pela lâmpada, a lâmpada que brilhará mais é a do circuito 1. Professor: o problema traz à tona as diferenças entre uma associação em série de baterias e outra associação em paralelo. Relembre que ambas as associações são úteis – escolhemos a melhor situação baseados no resultado que buscamos alcançar. Nesse caso, para maior brilho, precisamos de mais corrente pela lâmpada. Isso ocorre se a fem for aumentada, o que acontece na associação em série (circuito 1). CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

17 Fis-cad-2-top prova 7 (Uesc-BA) Considere um circuito elétrico constituído por duas baterias de forças eletromotrizes ε1 = 20,0 V e ε2 = 8,0 V e de resistências internas iguais a 1,0 Ω, um resistor de resistência elétrica igual a 10,0 Ω, um amperímetro ideal A e um voltímetro ideal V. Nessas condições, as leituras no amperímetro e no voltímetro são, respectivamente, iguais a: a) 2,4 A e 28,0 V. b) 2,0 A e 18,0 V. c) 1,2 A e 20,0 V. d) 1,0 A e 19,0 V. e) 0,8 A e 8,0 V. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: D CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

18 Fis-cad-2-top prova 14 (UFC-CE) Considere o circuito da figura a seguir. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

19 b) Encontre a diferença de potencial VA - VB.
Fis-cad-2-top prova 14 a) Utilize as leis de Kirchhoff para encontrar as correntes I1, I2 e I3. b) Encontre a diferença de potencial VA - VB. RESPOSTA: Lei dos nós no ponto A: I1 + I2 = I3 Percorrendo a malha esquerda no sentido horário a partir do ponto A, temos: 6 - 4I2 + 2I1 - 6 = 0 E a malha direita no sentido horário, a partir do ponto A: EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR