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Carga e descarga de um capacitor (ART492)

Essa é uma montagem com finalidade didática que serve para demonstrar como os capacitores podem armazenar energia elétrica. Trata-se, portanto, de uma montagem ideal para aulas de física, educação tecnológica, apresentações em feiras de ciências ou como trabalho escolar.

Capacitores são dispositivos que armazenam cargas elétricas, ou seja, energia elétrica.

Podemos comprovar isso através de uma experiência bastante simples que pode ser realizada com pouco material de baixo custo.

Tudo o que precisamos é de um capacitor de valor apropriado, um conjunto de pilhas e um LED comum.

A idéia básica do experimento é mostrada na figura 1.

 

Como a carga e descarga funcionam.
Como a carga e descarga funcionam.

 

O capacitor, para melhores resultados, deve ter valores na faixa de 100 a 1 000 µF.

Tipos com tensões de trabalho entre 6 e 25 volts podem ser usados, e eles são muito comuns em aparelhos fora de uso, de onde podem ser aproveitados.

Ligando em (a) o capacitor nos terminais das pilhas fazemos com que ele se carregue com a tensão do conjunto.

Veja que a carga não é a tensão marcada no capacitor, mas sim o quanto ligamos nele para carregá-lo.

Um capacitor de 1000 µF x 16 V não se carregará com 16 V ao ser ligado em 4 pilhas (6 V), mas sim com apenas 6 V.

Esta carga é praticamente instantânea já que a resistência dos fios do suporte de pilhas e dos terminais do próprio capacitor é desprezível.

Uma vez carregado, ligamos os terminais do capacitor no LED, como mostrado na figura 1 em (b).

Veja que ‚ preciso observar a polaridade do LED, pois se ele for invertido não acende e, além disso, pode até ser danificado.

Na figura 2 temos o circuito montado, com o aspecto real dos componentes.

 

Como fica a montagem.
Como fica a montagem.

 

Ao encostar os terminais do capacitor nos terminais do LED ocorre a descarga da energia armazenada no capacitor que, sendo entregue ao LED é convertida em luz.

O LED dá então uma piscada de curta duração indicando essa descarga.

Veja que a piscada é única.

Para ter nova descarga ‚ preciso carregar novamente o capacitor encostando seus terminais novamente no suporte das pilhas (com a polaridade observada).

 

CÁLCULOS

Nos cursos de nível médio (física) pode-se ensinar a calcular a energia armazenada e a potência das piscadas do LED com alguns resultados muito interessantes de se analisar.

Assim, a energia armazenada em Joules é dada por:

 

E = 1/2 CV2

 

Onde:

E é energia em Joules

C é a capacitância em Farads

V é a tensão de carga

Para um capacitor de 1 000 µF e uma tensão de 6 V temos:

E = 0,5 x 103 x 10-6 x 62

E = 0,5 x 10-3 x 36

E = 18 x 10-3 Joules

E = 18 mJ

 

Vamos supor que a piscada do LED dure 1/10 de segundo.

 

Qual será sua intensidade:

A fórmula será:

P = E/t

 

Onde:

P = Potência em watts

E = energia em Joules

t = tempo em segundos

 

P = 18 x 10-3 x 10

P = 0,180 W ou 180 mW

 

Como curiosidade pode-se explicar que um capacitor que armazene os 18 mJ, se descarregar num LASER que pode emitir pulsos de radiação em intervalos extremamente curtos tem sua potência multiplicada.

Assim, se o LASER emitir os 18 mJ armazenados não em 1/10 de segundo mas sim em 1/1000 000 de segundo, a potência ficará multiplicada por 10 000.

O pulso de luz emitido terá então a fantástica potência de: 18 000 W!

Se pulsos dessa intensidade forem produzidos continuamente sobre uma superfície de aço eles podem furá-la!

 

LED - LED comum de qualquer cor

B1 - 3V - 2 pilhas pequenas

C1 - Capacitor eletrolítico de 100 µF à 1 000 µF x 6V ou mais

 

Diversos: suporte de pilhas, fios, etc.

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