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Aula 3 – Capacitores /Soldagem (Prá (Prática)
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O Capacitor •
Dois condutores + diferença de carga elétrica → campo elétrico
•
Se forem duas placas paralelas que quando carregadas com uma carga Q apresentam uma diferença de potencial Vab – A capacitância será definida por:
C= 2009-2
Vab Q 2
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Analogia do tanque de ar comprimido
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O funcionamento
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Capacitância • •
Outra maneira de determinar a capacitância de um capacitor é analisando sua estrutura interna Neste caso a capacitância de um capacitor de placas paralelas de Área A e cujas placas estão separadas de uma distância d é dada por
C = ε .ε 0 •
A d
Onde –
ε0 → permissividade do espaço (vácuo)
–
ε → permissividade relativa do material dielétrico
•
ε0 = 8,854 x 10-12 F/m
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O dielétrico • Capacitor com dielétrico de ar ou vácuo
– Baixas capacitâncias – Em ar • Baixa rigidez dielétrica – ~ 800 V/mm
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Outros dielétricos – Polímeros – Óxidos – Cerâmicas
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O que ocorre quando um material destes é colocado entre as placas – Polarização do dielétrico • Surgimento de dipolos elétricos dentro do material
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Ao surgir a polarização – Surge um campo elétrico oposto ao campo elétrico aplicado – Assim o campo elétrico efetivo dentro do capacitor é reduzido, podendo ser escrito como:
Eef = E − E pol =
σ ε .ε 0
– Onde σ → densidade de carga (Q/A) – Assim quanto maior a polarização do dielétrico menor o campo dentro do capacitor e portanto maior a constante dielétrica ε relativa
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Perdas no dielétrico •
Considerando que a função dielétrica (constante dielétrica generalizada) pode ser escrita como (ε0 está incluído) ε (ω ) = ε ′(ω ) − i.ε ′′(ω )
•
E que as perdas de potência em forma de calor por volume é dada por
L = j.E – Onde • j densidade de corrente • E campo elétrico
•
Então é possível mostrar que j (ω ) = ω.ε ′′(ω ).E (ω ) + i.ω.ε ′(ω ).E (ω ) parte real de j(ω); em fase
•
parte imaginária de j(ω); 90º fora de fase
Então a potência dissipada pode ser dividida em dois termos LA = ω. ε ′′ .E 2
LR = ω. ε ′ .E 2
Potência ativa realmente perdida e transformada em calor
Potência reativa recuperada a cada ciclo
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Neste caso a medida da qualidade do dielétrico é dada por LA I ε ′′ = tgδ = A = LR IR ε ′
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Logo um dielétrico real pode ser representado como um capacitor ideal C(ω) e um resistor ideal R(ω)
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Ruptura do dielétrico •
Quando o campo elétrico excede o valor máximo do material ocorre a ruptura do dielétrico – Existem diversos fenômenos precursores associados à ruptura • Descargas parciais • Descarga corona (em bolhas do material) • Aquecimento do dielétrico
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Material
kV/mm
Air
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Quartz
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Strontium titanate
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Neoprene rubber
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Nylon
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Pyrex glass
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Silicone oil
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Paper
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Bakelite
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Polystyrene
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Teflon
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Propriedades de alguns dielétricos
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O Capacitor Real •
Símbolo
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Código de tolerância
• •
Esquema interno Impedância em função da freqüência
– ±5% (J), ±10% (K), ±20% (M)
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Associação de Capacitores • Série – Como não ocorre criação nem destruição de carga ao ligar capacitores em série então
V = V1 + V2 = então
q q + C1 C2
q q q = + Ceq C1 C2
mas V =
q Ceq
e
+q
V
1 1 1 = + Ceq C1 C2
-q +q -q
C1 C2
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• Paralelo – Como a tensão nos capacitores é a mesma então
q = q1 + q2 = C1.V + C2 .V então Ceq .V = C1.V + C2 .V
mas a = Ceq .V e
Ceq = C1 + C2 +q1
V
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-q1
+q2
C1
-q2
C2
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Comportamento do capacitor num circuito CA •
Como vimos na aula de circuitos a corrente que circula no capacitor é dada por
i = C.
dv dt
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Neste caso a potência que atravessa o capacitor é menor que para um resistor em função da defasagem – –
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Já viram o termo “Fator de Potência” na conta de energia elétrica Este termo esta associado a esta defasagem entre tensão e corrente que também ocorre em indutores
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Reatância Capacitiva •
Como no resistor ao ser submetido a uma diferença de potencial CA uma corrente vai circular através do capacitor – Difere do resistor pois depende da Freqüência da fonte – A reatância de um capacitor será dada por
XC =
1 1 = ω.C 2π . f .C
Reatância de um capacitor de 100 µF Freqüência (Hertz)
Reatância (Ohms)
60
26,5258
120
13,2629
2500
0,6366
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Estruturas de Capacitores •
Enrolados – Duas camadas de dielétrico – Duas camadas de metal (folha de Al) Vista lateral
Vista superior
– Duas camadas de dielétrico metalizado (Al) Vista lateral
Vista superior
Vista do enrolamento
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Multicamadas – Camadas seqüenciais de dielétrico e metal – Pode ser dielétrico metalizado – Pode ser seqüência de camadas de filme espesso (cerâmicas + tinta metálica condutora)
•
Estrutura externa – Axiais
– Radiais
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Tipos de Capacitores • Capacitores de Filme (Poliéster / Polipropileno) – Aplicação CC (corrente contínua) / CA (corrente alternada) • Filme de Poliéster (CC) / Polipropileno (CA) – http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/Capacitors /FilmCapacitors/MetallizedPolyester/Page,templateId=render,locale=en.html
• Aplicações – Exemplos de aplicações (clicar aqui) – Exemplo Axial (clicar aqui) – Exemplo Radial (clicar aqui)
• Capacitores Cerâmicos Multicamadas – Aplicação em CC e para sinais • COG – baixa capacitância alta estabilidade (clicar aqui) • CPPS – Alta capacitância alta estabilidade (clicar aqui) • X7R – Alta capacitância (ferroelétrico) (clicar aqui)
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• Capacitores de Potência – Aplicação em CA (corrente alternada) • Eletrônica de Potência – Aplicações (clique aqui) – Exemplo (clique aqui)
• Correção de fator de potência – Para reduzir o efeito indutivo de industrias (motores, transformadores,...) – Exemplo (clique aqui)
• Capacitores Feedthrough – Eliminar entrada de interferência externa em equipamentos • Exemplo (clique aqui)
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Capacitores Eletrolíticos (somente CC) – Capacitores de folha de Alumínio com eletrólito líquido – O dielétrico é formado na camada de Al por oxidação (Al2O3)
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Diferentes tipos de capacitores eletrolíticos – Clique aqui – Exemplo (clique aqui) – Eletrolíticos Bipolares (aplicação em CA – baixa potência) • Podem ser comprados diretamente • Podem ser construídos associando dois eletrolíticos em série
•
Capacitores de Tântalo – Alta capacitância em baixo volume – Alto custo
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Aula 5 – Soldagem (Prá (Prática)
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O Ferro de Solda
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Potência do Ferro de Solda • Dispositivos discretos grandes – Alta potência – 100W, 200W,.... – Alcança rápido a temperatura de operação – Aquece os terminais rapidamente
• Dispositivos discretos pequenos – Baixa potência – Transistores e CIs 20W ou 30 W • Mesmo assim existe risco de queima do componente
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• Estação de Soldagem – Controle de temperatura controle de potência
Ponteiras
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Filme sobre soldagem
http://blog.makezine.com/archive/2007/01/soldering_tutorial_make_v.html
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Prática A 1. Componente 1. Soldar com um fio 2. Soldar com outro componente 3. Soldar na barra de terminais
2. Fio 1. Soldar com outro fio 2. Soldar na barra de terminais
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Prática B • Selecionar seis resistores de valores distintos – Escolher os valores adequados para montar o seguinte circuito – Montar na placa de circuito impresso de acordo com o esquema abaixo R1
R2
R3
R4
R5
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Atividade Extra • • • •
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Anote cada um dos valores dos resistores usados Calcule os valores de tensão e corrente em cada resistor considerando que o sistema está ligado em uma bateria de 9 Vdc Identifique a placa com o nome de cada integrante (caneta de transparência) Entregar na próxima aula
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FIM
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