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O Capacitor

Neste tutorial vamos abordar um dos componentes eletrônicos mais importantes e utilizados na construção de circuitos diversos: o Capacitor.

O Capacitor é um componente passivo primordial na construção de circuitos eletrônicos, cuja função básica é a de armazenar cargas elétricas.

Os capacitores são compostos por dois elementos principais: Armaduras e Dielétrico. A figura a seguir ilustra a construção básica de um capacitor com duas armaduras:

As armaduras são placas metálicas (ou uma fita metálica) dispostas em paralelo, mas sem se tocarem, e o dielétrico é um material especial isolante que separa as armaduras e que ajuda a aumentar a capacidade de armazenamento de cargas do componente (capacitância).

Na prática, podemos ter várias placas (armaduras) combinadas para obter valores de capacitância maiores em um capacitor, assim com em alguns arranjos as armaduras podem ser dispostas em espiral, para maximizar sua área (como veremos à frente, um dos fatores que permite aumentar a capacitância).

Devido à camada isolante do dielétrico, uma corrente contínua não é capaz de atravessar o capacitor, de modo que cargas elétricas podem se acumular nas armaduras, provocando a carga do capacitor. Vamos explicar melhor como esse componente funciona na próxima seção.

Os capacitores podem ser polarizados ou não-polarizados, dependendo do tipo e da forma de construção, significando que dependendo do tipo empregado deveremos respeitar a polaridade da tensão elétrica aplicada ao componente, sob risco de danificá-lo..

A figura a seguir mostra diversos tipos de capacitores comuns utilizados na construção de circuitos eletrônicos:

Funcionamento dos Capacitores

Quando uma tensão elétrica contínua (VCC) é aplicada entre as armaduras, que são placas metálicas, elas se carregam, armazenando cargas elétricas. Em uma das armaduras teremos carga positiva, e na outra armadura, carga negativa.

Sempre que dois condutores elétricos estão posicionados próximos um do outro, e uma tensão elétrica é aplicada entre eles, um Campo Elétrico se fará presente no espaço entre esses condutores.

Quando um campo elétrico se estabelece entre dois condutores próximos, por aplicação de uma tensão, elétrons livres são forçados a migrar para o condutor (armadura) polarizado negativamente, ao passo que elétrons livres saem do condutor positivo. Essa diferença de cargas leva ao armazenamento de energia em um capacitor, por meio de uma Corrente de Carga, que flui até que a tensão entre as armaduras seja aproximadamente igual à tensão aplicada pela fonte de energia externa.

Nesse ponto, dizemos que o capacitor está totalmente carregado,  e a velocidade de carga do componente diminui à medida que a sua tensão armazenada se aproxima do valor de tensão aplicada.

Quanto maior for a diferença de potencial aplicada entre essas armaduras, maior será o campo elétrico gerado, e maior a quantidade de cargas elétricas que serão armazenadas no capacitor. Sempre que a diferença de potencial aplicada às armaduras de um capacitor for maior do que a tensão armazenada, mais cargas serão armazenadas no dispositivo.

Da mesma forma, se um capacitor carregado for conectado a um circuito cuja tensão elétrica seja menor do que a armazenada no dispositivo, suas cargas serão drenadas, ocorrendo o fenômeno da descarga do capacitor, até atingir o limite da tensão aplicada às suas armaduras. Neste caso, o capacitor age como se fosse uma fonte de energia – como uma bateria, por exemplo – fornecendo corrente ao circuito.

Damos o nome de Capacitância a essa propriedade de armazenar cargas em suas armaduras na forma de um campo eletrostático.

Na figura abaixo podemos ver o esquema de carregamento de um capacitor conectado a uma fonte de tensão elétrica:

Um capacitor carregado perde sua carga gradualmente por um processo denominado de fuga. Esse processo pode ser demorado – alguns capacitores de alta capacitância podem reter sua carga por meses ou até mesmo anos. Por isso, todo o cuidado é pouco ao lidar com circuitos que contenham capacitores de alta capacitância e tensão elevadas – mesmo estando desligados por meses, os capacitores ainda oferecem risco de choque elétrico por meio de descarga se seus terminais forem tocados. Alguns capacitores podem inclusive armazenar uma carga elétrica que pode ser fatal.

A ilustração seguinte mostra os processos de carga e descarga de um capacitor, a partir de uma bateria. Quando a chave conecta o capacitor à bateria, este se carrega, acumulando cargas elétricas em suas placas. Ao conectar o interruptor ao circuito composto pelo resistor e pelo LED, o capacitor se descarrega, acendendo o LED enquanto houver carga suficiente para mantê-lo polarizado.

Determinados materiais, quando inseridos entre as armaduras, possuem a propriedade de aumentar o fluxo do campo elétrico entre elas, o que permite aumentar a quantidade de cargas armazenadas no capacitor – e sua capacitância. Damos o nome de Dielétrico a esse material, a podemos medir o quanto esses materiais permitem o aumento do campo elétrico – a chamada Permissividade do material (ou constante dielétrica). Falaremos sobre isso mais adiante.

Simbologia

Abaixo temos os símbolos mais empregados para representar capacitores fixos (cuja capacitância não varia) em diagramas esquemáticos. As diferenças entre os símbolos apresentados são importantes, pois dependendo do material utilizado como dielétrico o capacitor pode se comportar de forma diferente nos circuitos, sendo em alguns casos representados com símbolos diferentes:

Note que alguns capacitores são polarizados, significando que devem ser conectados à fonte de alimentação respeitando a polaridade da tensão elétrica. Nos símbolos, o pólo positivo será representado pelo sinal de adição (+), como você pode ver no símbolo apresentado acima (do meio), que representa um capacitor eletrolítico polarizado.

Na próxima parte do tutorial vamos falar sobre as especificações principais dos capacitores, como sua capacitância e tensão de operação entre outras.

Próximo: Especificações dos Capacitores – Capacitância

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