Eletrodinâmica: Receptores e Capacitores

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Receptor elétrico

Dispositivo que converte energia elétrica em outra modalidade de energia não puramente térmica, como mecânica ou química.

Força contraeletromotriz (fcem ou E')

Diferença de potencial interna que o receptor desenvolve em oposição à corrente, convertendo potência elétrica em trabalho útil.

Resistência interna do receptor (r')

Oposição interna à passagem de corrente no receptor, responsável por perdas de energia na forma de calor por Efeito Joule.

Equação do receptor elétrico

U = E' + r'.i, indicando que a tensão total aplicada é a soma da fcem útil com a queda ôhmica interna.

Rendimento elétrico do receptor

Razão entre a potência útil aproveitada e a potência total consumida: η = E' / U.

Potência útil de um receptor

Parcela da potência transformada na finalidade primária do aparelho, dada pela expressão Pu = E' . i.

Potência dissipada interna do receptor

Energia convertida em calor por unidade de tempo dentro do próprio dispositivo, calculada por Pd = r' . i².

Potência elétrica total absorvida

Energia total fornecida pelo circuito ao receptor por unidade de tempo: Pt = U . i = Pu + Pd.

Motor elétrico CC como receptor

Converte energia elétrica em mecânica de rotação via força magnética sobre bobinas imersas em campo magnético.

Motor elétrico travado

Sem rotação mecânica, a fcem anula-se (E' = 0) e o aparelho comporta-se como um resistor puro de valor r', superaquecendo.

Galvanômetro

Instrumento ultra-sensível usado para detectar ou medir correntes elétricas minúsculas através de torque magnético.

Corrente de fundo de escala (Ig)

Corrente máxima que pode atravessar o enrolamento do galvanômetro sem danificá-lo e produzindo deflexão máxima.

Amperímetro ideal

Aparelho hipotético com resistência interna nula, medindo corrente sem alterar a resistência global do circuito.

Amperímetro real

Apresenta pequena resistência interna; deve ser inserido em série para quantificar o fluxo de elétrons.

Resistor Shunt (Rs)

Resistor de baixo valor conectado em paralelo com o galvanômetro para desviar o excesso de corrente e formar um amperímetro.

Cálculo do Resistor Shunt

Rs = (Rg . Ig) / (I - Ig), onde Rg é a resistência do galvanômetro e I a corrente máxima a ser aferida.

Voltímetro ideal

Instrumento teórico dotado de resistência interna infinita, impedindo desvio de corrente do ramo sob medida.

Voltímetro real

Aparelho de alta resistência interna; deve ser conectado em paralelo aos pontos em que se deseja saber a ddp.

Resistor multiplicador (Rm)

Resistor de alto valor ligado em série ao galvanômetro para absorver o excedente de ddp e construir um voltímetro.

Cálculo do Resistor Multiplicador

Rm = (U / Ig) - Rg, onde U representa a faixa de tensão pretendida e Rg a resistência da bobina móvel.

Efeito de carga do voltímetro

Perturbação provocada quando a resistência do voltímetro drena corrente significativa, alterando a ddp real analisada.

Ohmímetro

Equipamento composto por fonte interna, galvanômetro e resistor auxiliar para medir o valor ôhmico de componentes desconhecidos.

Multímetro

Dispositivo integrado versátil capaz de operar como amperímetro, voltímetro ou ohmímetro em corrente contínua ou alternada.

Ponte de Wheatstone

Arranjo em losango com quatro resistores e um galvanômetro central, empregado para medições de alta precisão de resistência.

Condição de equilíbrio de Wheatstone

Ocorre quando a corrente pelo galvanômetro é zero; o produto dos resistores de braços opostos é igual: R1 . R3 = R2 . R4.

Ponte de Wheatstone desequilibrada

Quando surge ddp entre os nós centrais, fluindo corrente proporcional à diferença nas relações de resistências.

Ponte de fio

Adaptação da ponte de Wheatstone usando um fio homogêneo com cursor móvel para ajustar razões por comprimento linear.

Extensômetro (Strain Gauge) e Wheatstone

Sensor resistivo cuja deformação mecânica desequilibra uma ponte de Wheatstone, gerando sinal proporcional à tensão mecânica.

Termistor em ponte de Wheatstone

Uso de resistência variável com temperatura para produzir medidas eletrônicas de alta exatidão em pontes balanceadas.

Capacitor elétrico

Dispositivo construído com dois condutores separados por isolante, destinado a acumular cargas e energia eletrostática.

Capacitância (C)

Capacidade de armazenamento elétrico para dada tensão, expressa em Farads pela relação C = Q / U.

Capacitor de placas paralelas

Formado por duas placas condutoras planas e paralelas de área A afastadas por distância d: C = ε . (A / d).

Permissividade dielétrica (ε)

Grandeza que mensura a facilidade do isolante em polarizar-se sob campo elétrico, amplificando a capacitância.

Material dielétrico

Substância isolante inserida entre as placas para impedir contato elétrico direto e multiplicar a capacitância por fator k.

Constante dielétrica (k)

Razão adimensional entre a permissividade do material e a do vácuo: C_com_dielétrico = k . C_vácuo.

Rigidez dielétrica

Campo elétrico máximo suportado pelo isolante antes de ionizar-se e conduzir eletricidade por ruptura dielétrica.

Tensão nominal do capacitor

Diferença de potencial máxima permitida nas placas sem risco de arco elétrico e queima do dielétrico.

Energia potencial eletrostática no capacitor

Energia retida no campo elétrico confinada entre as placas: E = (C . U²) / 2 = (Q . U) / 2.

Trabalho de carga do capacitor

A fonte consome o dobro de energia durante o carregamento; 50% é retida e os demais 50% são dissipados em calor.

Capacitor em regime estacionário CC

Totalmente carregado, comporta-se como circuito aberto, impedindo corrente contínua estável no seu ramo.

Capacitor no instante inicial de carga (t = 0)

Estando completamente descarregado, opõe ddp nula instantaneamente, atuando como um curto-circuito temporário.

Associação de capacitores em paralelo

A tensão é compartilhada igualmente entre todos, e a capacitância equivalente é a soma direta: Ceq = C1 + C2 + C3.

Associação de capacitores em série

A carga acumulada é idêntica em todos, e o inverso da capacitância equivalente é a soma dos inversos: 1/Ceq = Σ(1/Ci).

Constante de tempo RC (τ)

Tempo dado por τ = R . C para que o capacitor atinja cerca de 63,2% de sua carga máxima no carregamento.

Tempo de estabilização do circuito RC

Considera-se que após 5 constantes de tempo (5τ), o processo de carga ou descarga atinge mais de 99% da conclusão.

Descarga de um capacitor

Cargas fluem em sentido inverso pelo circuito até a ddp entre armaduras zerar, esvaziando a energia eletrostática.

Capacitor de desacoplamento

Capacitor posicionado próximo a circuitos integrados para filtrar transientes e manter estável a tensão de alimentação.

Capacitor eletrolítico

Capacitor polarizado de grande densidade de capacitância que usa camada microscópica de óxido metálico como dielétrico.

Capacitor de cerâmica

Dispositivo não polarizado com pequenas capacitâncias e excelente resposta para frequências elevadas e filtragem de ruído.

Supercapacitor

Dispositivo eletroquímico de capacitância gigantesca que preenche a lacuna energética entre capacitores convencionais e baterias.

Reatância capacitiva (Xc)

Oposição oferecida pelo capacitor à passagem de corrente alternada: Xc = 1 / (2 . π . f . C).

Circuito integrador RC

Configuração onde a tensão de saída sobre o capacitor é matematicamente proporcional à integral da entrada.

Circuito diferenciador RC

Configuração onde a tensão tomada sobre o resistor é proporcional à derivada temporal do sinal elétrico de entrada.

Fator de carga de Wheatstone em pontes AC

Adaptação de pontes de medição substituindo resistores por capacitâncias e indutâncias para medir impedâncias em CA.

Lei de conservação da carga em capacitores

Ao isolar capacitores desconectando a fonte, a carga total nas placas interligadas permanece estritamente constante.