Física
Calculadora de capacitores: capacitância, carga e energia
Apague a grandeza de que você precisa e a fórmula se reorganiza. Mais o capacitor de placas paralelas a partir da geometria, e as duas regras de associação com a leitura de cada componente.
Por que os capacitores se associam ao contrário dos resistores
Um capacitor não armazena carga líquida: armazena carga separada. Uma placa fica com +Q, a outra com −Q, e o total continua zero. O que ele guarda é energia no campo elétrico entre as placas, e é por isso que ele se esvazia em um instante enquanto uma bateria leva horas: o campo colapsa assim que surge um caminho para a corrente.
A capacitância depende só da geometria e do material, não da carga nem da tensão. Placas maiores guardam mais carga à mesma tensão; placas mais próximas geram um campo mais forte para a mesma carga, portanto uma tensão menor, portanto uma capacitância maior. O dielétrico multiplica a capacitância pela sua permissividade relativa — cerca de 1 no ar, 2,2 no polipropileno, vários milhares nas cerâmicas.
A regra de associação é o contrário da dos resistores, e vale conhecer o motivo. Pôr dois capacitores em paralelo é como alargar as placas, então as capacitâncias se somam. Pô-los em série é como afastar as placas, então a capacitância cai e somam-se os inversos. Lembre que o paralelo soma áreas e você nunca mais erra o sentido.
Erros frequentes
- Aplicar aos capacitores a regra dos resistores: em paralelo as capacitâncias se somam, em série somam-se os inversos. É exatamente o contrário.
- Esquecer que a energia vai com o quadrado da tensão: com metade da tensão a energia é um quarto, não metade.
- Confundir a carga total com a carga em cada componente: em série a carga é a mesma em todos, em paralelo o que é comum é a tensão. A tabela abaixo mostra qual das duas se divide.
Perguntas frequentes
Como se calcula a capacitância equivalente em série?
Somam-se os inversos e inverte-se: 1/Ceq = 1/C₁ + 1/C₂ + … Para só dois capacitores há o atalho Ceq = (C₁·C₂)/(C₁+C₂). O resultado é sempre menor que a menor capacitância.
Quanta energia um capacitor armazena?
U = ½·C·V². Um capacitor de 10 µF a 12 V armazena 0,72 milijoule. A mesma energia também se escreve ½·Q·V ou Q²/(2C).
O que determina a capacitância de um capacitor de placas paralelas?
C = ε₀·εᵣ·A/d: cresce com a área das placas e com a permissividade, e cai com a distância. Não depende nem da carga nem da tensão aplicada.
Para que serve o dielétrico entre as placas?
Para duas coisas: mantém as placas próximas sem deixá-las se tocar, e multiplica a capacitância por εᵣ, porque as suas moléculas se polarizam e reduzem o campo para a mesma carga. Ele tem uma rigidez dielétrica além da qual se rompe.
Como funciona este cálculo
Definição: C = Q/V, com C em farads, Q em coulombs e V em volts. Capacitor de placas paralelas: C = ε₀·εᵣ·A/d, com ε₀ = 8,854 × 10⁻¹² F/m. Energia armazenada: U = ½·C·V² = ½·Q·V = Q²/(2C). Campo entre as placas: E = V/d. Capacitores em paralelo: Ceq = C₁ + C₂ + … + Cₙ; a tensão é comum e cada um acumula Qᵢ = Cᵢ·V. Capacitores em série: 1/Ceq = 1/C₁ + 1/C₂ + … + 1/Cₙ; a carga é comum e em cada um cai Vᵢ = Q/Cᵢ. Para dois em série: Ceq = (C₁·C₂)/(C₁ + C₂).
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