Circuitos Capacitores AC

Capacitores vs. Resistores

Os capacitores não se comportam da mesma forma que os resistores. Enquanto os resistores permitem um fluxo de elétrons através deles diretamente proporcional à queda de tensão, os capacitores se opõem às mudanças em tensão puxando ou fornecendo corrente à medida que carregam ou descarregam para o novo nível de tensão.

O fluxo de elétrons "através" de um capacitor é diretamente proporcional à taxa de mudança de tensão no capacitor. Esta oposição à mudança de voltagem é outra forma de reatância , mas que é precisamente o oposto do tipo exibido pelos indutores.

Características do circuito do capacitor

Expresso matematicamente, a relação entre a corrente “através” do capacitor e a taxa de mudança de voltagem através do capacitor é como tal:







A expressão de / dt é um do cálculo, significando a taxa de variação da voltagem instantânea (e) ao longo do tempo, em volts por segundo. A capacitância (C) está em Farads, e a corrente instantânea (i), é claro, está em amperes.

Às vezes, você encontrará a taxa de mudança instantânea de tensão ao longo do tempo expressa como dv / dt em vez de de / dt:usando a letra minúscula “v” em vez ou “e” para representar a tensão, mas significa exatamente a mesma coisa. Para mostrar o que acontece com a corrente alternada, vamos analisar um circuito de capacitor simples:

Circuito capacitivo puro:a tensão do capacitor atrasa a corrente do capacitor em 90 °



Se tivéssemos que plotar a corrente e a voltagem para este circuito muito simples, seria algo assim:

Formas de onda de circuito capacitivo puro.



Lembre-se, a corrente através de um capacitor é uma reação contra a mudança em tensão através dele.

Portanto, a corrente instantânea é zero sempre que a tensão instantânea está em um pico (mudança de zero, ou inclinação de nível, na onda senoidal de tensão), e a corrente instantânea está em um pico sempre que a tensão instantânea está em mudança máxima (os pontos de inclinação mais acentuada da onda de tensão, onde ela cruza a linha zero).

Isso resulta em uma onda de tensão que está -90 ° fora de fase com a onda da corrente. Olhando para o gráfico, a onda de corrente parece ter uma “vantagem inicial” na onda de tensão; a corrente “conduz” a tensão, e a tensão “fica atrás” da corrente.

A tensão está atrasada em 90 ° em um circuito capacitivo puro.



Como você deve ter adivinhado, a mesma onda de potência incomum que vimos com o circuito indutor simples também está presente no circuito do capacitor simples:

Em um circuito puramente capacitivo, a potência instantânea pode ser positiva ou negativa.



Tal como acontece com o circuito indutor simples, a mudança de fase de 90 graus entre a tensão e a corrente resulta em uma onda de energia que alterna igualmente entre positiva e negativa. Isso significa que um capacitor não dissipa energia ao reagir a mudanças na tensão; ele apenas absorve e libera energia, alternadamente.

Reatância de um capacitor

A oposição de um capacitor à mudança na tensão se traduz em uma oposição à tensão alternada em geral, que está, por definição, sempre mudando em magnitude e direção instantâneas.

Para qualquer dada magnitude de tensão CA em uma determinada frequência, um capacitor de determinado tamanho irá “conduzir” uma certa magnitude de corrente CA.

Assim como a corrente através de um resistor é uma função da tensão através do resistor e da resistência oferecida pelo resistor, a corrente AC através de um capacitor é uma função da tensão AC através dele e da reatância oferecido pelo capacitor.

Tal como acontece com os indutores, a reatância de um capacitor é expressa em ohms e simbolizada pela letra X (ou XC para ser mais específico).

Uma vez que os capacitores “conduzem” corrente em proporção à taxa de mudança de voltagem, eles passarão mais corrente para voltagens de mudança mais rápida (conforme eles carregam e descarregam para os mesmos picos de voltagem em menos tempo), e menos corrente para voltagens de mudança mais lenta.

O que isso significa é que a reatância em ohms para qualquer capacitor é inversamente proporcional à freqüência da corrente alternada.

Reatância de um capacitor 100 uF:

Frequência (Hertz) Reatância (Ohms) 6026.525812013.262925000.6366


Observe que a relação da reatância capacitiva com a frequência é exatamente oposta à da reatância indutiva.

A reatância capacitiva (em ohms) diminui com o aumento da frequência CA. Por outro lado, a reatância indutiva (em ohms) aumenta com o aumento da frequência AC. Os indutores se opõem a mudanças mais rápidas de correntes, produzindo maiores quedas de tensão; capacitores se opõem a quedas de tensão em mudança mais rápidas, permitindo correntes maiores.

Tal como acontece com os indutores, o termo 2πf da equação da reatância pode ser substituído pela letra grega minúscula Omega (ω), que é referida como a velocidade angular do circuito AC. Assim, a equação XC =1 / (2πfC) também poderia ser escrita como XC =1 / (ωC), com ω expressado em unidades de radianos por segundo .

A corrente alternada em um circuito capacitivo simples é igual à tensão (em volts) dividida pela reatância capacitiva (em ohms), assim como a corrente alternada ou contínua em um circuito resistivo simples é igual à tensão (em volts) dividida pelo resistência (em ohms). O circuito a seguir ilustra esta relação matemática por exemplo:







Reatância capacitiva.







No entanto, precisamos ter em mente que a tensão e a corrente não estão em fase aqui. Como foi mostrado anteriormente, a corrente tem uma mudança de fase de + 90 ° em relação à tensão. Se representarmos esses ângulos de fase de tensão e corrente matematicamente, podemos calcular o ângulo de fase da oposição reativa do capacitor à corrente.

A tensão está atrasada em 90 ° em um capacitor.



Matematicamente, dizemos que o ângulo de fase da oposição de um capacitor à corrente é -90 °, o que significa que a oposição de um capacitor à corrente é uma quantidade imaginária negativa. (Veja a figura acima.) Este ângulo de fase de oposição reativa à corrente torna-se extremamente importante na análise de circuitos, especialmente para circuitos CA complexos onde a reatância e a resistência interagem.

Será benéfico representar qualquer oposição do componente à corrente em termos de números complexos, e não apenas quantidades escalares de resistência e reatância.



REVER:

• Reatância capacitiva é a oposição que um capacitor oferece à corrente alternada devido ao armazenamento com mudança de fase e liberação de energia em seu campo elétrico. A reatância é simbolizada pela letra maiúscula “X” e é medida em ohms, assim como a resistência (R).
• A reatância capacitiva pode ser calculada usando esta fórmula:XC =1 / (2πfC)
• Reatância capacitiva diminui com frequência crescente. Em outras palavras, quanto mais alta a frequência, menos ela se opõe (mais ela “conduz”) à corrente CA.

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de capacitores