Condensador

De Museu da Electricidade

Electricidade

Vários exemplos de condensadores
Vários exemplos de condensadores

Um condensador é um componente electrónico de tipo passivo constituído por um par de condutores separados entre si por um material dieléctrico (isolante). Quando se estabelece uma diferença de potencial entre os condutores cria-se também um campo eléctrico no material dieléctrico, que armazena assim energia eléctrica e produz força mecânica entre as duas placas. Este efeito é maior entre condutores largos e achatados que se encontrem separados por uma curta distância.

Por Ricardo Pinto


Conceito

Um condensador ideal é caracterizado por apenas um valor constante, a capacitância, que é medido em farads. Esta é a proporção entre a carga eléctrica de cada um dos condutores e a diferença de potencial entre eles. Na prática, o elemento dieléctrico deixar passar uma pequena quantidade de corrente (corrente de fuga), e os condutores e ligações introduzem uma resistência equivalente em série. O material dieléctrico possui um limite de força do campo eléctrico que resulta numa tensão de ruptura (a tensão mínima para o tornar electricamente condutor).

Os condensadores são usados de forma generalizada em circuitos electrónicos de maneira a bloquear o fluxo de corrente contínua (CC) e deixar ao mesmo tempo passar a corrente alternada (CA). Servem também para bloquear interferências, tornar mais regular a corrente fornecida por fontes de alimentação, e para muitas outras funções. São igualmente usadas em circuitos ressonantes de equipamentos de rádio-frequência na selecção de frequências específicas num sinal com muitas frequências.


História

O cientista Ewald Georg von Kleist descobriu em 1745 que era possível armazenar carga eléctrica por meio da ligação de um gerador electrostático de alta tensão a um volume de água num jarro com um condutor. A sua mão e a água funcionavam como condutores, e o jarro como material dieléctrico. Von Kleist descobriu que mesmo após a remoção do dito gerador o toque naquele fio libertava uma forte faísca. No ano seguinte, 1746, Pieter van Musschenbroek inventou um condensador similar ao qual chamou garrafa de Leyden.


Funcionamento

Um condensador é um dispositivo formado por dois condutores separados por uma região não-condutora. A substância não-condutora é designada por meio dieléctrico, embora este termo possa designar vácuo ou a camada de depleção de um semicondutor quimicamente idêntica aos condutores. Presume-se que um condensador seja auto-limitado e isolado de forma a não receber influências/cargas de campos eléctricos externos. Os condutores têm desta maneira cargas opostas de igual intensidade na suas superfícies, e o meio dieléctrico um campo eléctrico. Este dispositivo é um modelo bastante geral de campos eléctricos no interior de circuitos eléctricos.

Um condensador ideal é totalmente caracterizado pela constante C (capacitância) definida como o rácio da carga +/-Q de cada condutor e a tensão V entre eles: C = Q/V. Por vezes a acumulação da carga afecta mecanicamente o condensador, fazendo desta forma com que a capacitância varie. Neste caso, esta grandeza é definida em termos de mudanças graduais (C = dQ/dV). Em unidades do sistema internacional (SI), a capacitância de um farad quer dizer que um coulomb de carga em cada um dos condutores gera uma tensão de um volt no do dispositivo.


Armazenamento de energia

A energia armazenada num condensador é causada por um desequiíbrio interno da carga eléctrica do mesmo. Deve ser efectuado trabalho por uma influência externa de maneira a mover cargas entre os seus condutores. Se for permitido à carga em questão regressar à sua posição inicial, dá-se libertação de energia. O trabalho é aplicado no estabelecimento do campo eléctrico, pelo que a quantidade de energia guardada é fornecida pela equação W = ½ Q ao quadrado/C = ½ CV ao quadrado = ½ VQ.


Tipos e materiais de condensadores

Os condensadores práticos estão comercialmente disponíveis de muitas formas diferentes. As suas características e funcionalidades são influenciadas pelo tipo de meio dieléctrico, pela estrutura das placas, e pela embalagem do dispositivo.

A maior parte dos tipos de condensadores incluem espaçadores dieléctricos (normalmente isolantes) que permitem aumentar a sua capacitância. Os aparelhos de baixa capacitância podem usar também vácuo entre as suas placas, permitindo funcionamentos a alta tensão e perdas reduzidas. Os condensadores variáveis com as suas placas expostas à atmosfera são normalmente usados na afinação de circuitos de rádio. Os desenhos mais recentes de condensadores utilizam folhas laminadas de polímeros como material dieléctrico entre as placas móveis e estacionárias.

Estão disponíveis diversos materiais sólidos para meios dieléctricos, incluindo papel (um dos mais antigos), plástico, mica e cerâmicas. Já os condensadores electrolíticos recorrem a placas de alumínio ou tântalo com uma camada dieléctrica de óxidos que o separam de um segundo eléctrodo líquido.


Aplicações

Os condensadores têm muitas utilizações em sistemas eléctricos e electrónicos, sendo tão comuns que existem poucos produtos deste género que não possuam pelo menos um. Este tipo de dispositivo pode armazenar energia eléctrica quando desligado do seu circuito de carregamento, podendo ser usados como baterias temporárias. Os condensadores médios de tipo electrostático têm uma densidade energética de menos de 360 joules/kg, enquanto os de tecnologias emergentes mais recentes podem ultrapassar os 2,52 kilojoules/kg.

Os condensadores especialmente construídos de alta tensão e baixa indutância são usados enormes impulsos de corrente para geradores Marx, acelaradores de partículas, lasers de tipo TEA, detonadores de armas nucleares, e mesmo como fontes de energia para armas anti-pessoais de tipo electromagnético. Também são aplicados em fontes de alimentação, suavizando a corrente de saída de um rectificador de meia-onda ou de onda completa.


Fonte

Wikipedia (Inglês)