Law Center, Central Islip - O capacitor, também conhecido como um capacitor é um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas quando integrado em um circuito e liberá-los quando a fonte de energia é extraída trabalhando de uma forma muito semelhante a uma bateria mas como um capacitor funciona internamente? o primeiro capacitor foi inventado em 1746 independentemente por dois cientistas Ewald Georg Von Kleist e Pieter Van Musschenbroek ou algo similar, e é conhecido hoje no dia como garrafa de Leyden referindo-se à Universidade de Leyden, onde Pieter trabalhou isso consistia de uma garrafa de copo cheio de água que tinha uma haste de metal que funcionava como um condutor entre a água e o exterior e que também foi coberto fora com uma folha de metal a maneira como a garrafa funcionou Leyden era simples a haste e a folha de metal foram conectadas aos dois pólos de uma fonte de corrente contínua e depois de um tempo o conexão então a garrafa pode ser transportada de forma independente e ao fechar o circuito entre a haste e as lâminas a energia foi liberada novamente Inicialmente pensava-se que era a água no interior que acumulava a energia mas na realidade as cargas acumuladas nas paredes da garrafa que separava a água das chapas de metal o que aconteceu quando a garrafa de Leyden foi submetida a uma corrente contínua foi que as acusações não podiam passar pelo vidro no entanto, desde que as acusações positivas e negativos atraem um ao outro eles começaram a se acumular no lugar onde eles poderiam estar mais próximos uns dos outros isto é, na superfície do vidro desta forma, mesmo quando a fonte de corrente contínua foi eliminada a força de atração entre as cargas fez com que permanecessem em sua posição pelo menos até encontrarem um caminho com menos resistência para voltar percebendo que a água não era o que que ele acumulou a energia isso foi substituído por outra placa de metal, que era muito mais prática porque ele poderia acumular uma quantidade similar de energia com um peso menor este tipo de otimização focada na redução de peso é relevante para este dia e geralmente está ligado ao termo densidade de energia quem fez essas descobertas relacionadas à sua operação foi Benjamin Franklin que, como curioso, em seu conhecimento Experiência de voar uma pipa durante uma tempestade para confirmar a natureza elétrica dos raios Ele usou uma garrafa de Leyden para acumular a energia obtida Além disso, para entender sua operação simplificou a forma da garrafa de Leyden até restarem apenas três pratos um copo no meio e duas placas de metal em cada lado com o qual você poderá obter o mesmo resultado de acumulação de energia que o frasco de Leyden original agora que entendemos como funciona um capacitor devemos também entender quais são os variáveis que afetam sua operação a capacidade de acumular energia de um capacitor é conhecido como capacitância e sua unidade de medida é o Faradio, em honra a Michael Faraday quem você pode se lembrar de capítulos anteriores sobre motores elétricos e geradores Por sua vez, a farad de um capacitor dependerá da área coberta pelas placas de material condutor a distância de separação entre as placas e finalmente uma constante de permissividade do material dielétrico que está relacionado com a capacidade de agir como um isolante elétrico É importante mencionar que um Faradio corresponde a uma enorme capacidade de armazenar energia então capacitâncias são geralmente expressas em microfarads ou picofarads outra fórmula que é importante quando você vai falar sobre capacitores é a carga elétrica que vai se acumular em um determinado circuito esta carga é igual à tensão que está sendo aplicada no capacitor multiplicado por sua capacitância tendo em conta que cada capacitor tem uma voltagem máxima na qual ele pode funcionar até este ponto você foi informado sobre capacitores antigos então vamos nos concentrar em um dos capacitores mais simples encontrados hoje o capacitor de cerâmica ou como alguns sabem: a lentilha este tipo de capacitores geralmente mede entre 5 milímetros e um centímetro de diâmetro e se os abrirmos vamos para encontre três discos um de metal, um de cerâmica, que é um material dielétrico e outro de metal se compararmos com o design de Benjamin Franklin, vamos perceber que muitos anos se passaram e a verdade é que esses capacitores variaram apenas seus materiais e dimensões Devido ao seu tamanho, a quantidade de energia que pode acumular é muito baixa da ordem de alguns picofarads para zero como um microfarad Embora esses valores possam parecer muito baixos para serem úteis capacitores cerâmicos são geralmente usados para filtrar sinais De fato, este tipo de uso é extremamente importante em um grande número de aplicações mas vou deixar isso para o próximo capítulo por enquanto vamos nos concentrar em como funciona O próximo tipo de capacitor que veremos é o capacitor eletrolítico feito em base de alumínio se abrirmos um capacitor eletrolítico, encontraremos uma série de folhas enroladas em espiral que ao fazer uma seção transversal vamos perceber que eles formam a combinação de condutor, dielétrico e condutor necessário para um capacitor mais especificamente, primeiro vamos encontrar uma folha de alumínio com uma camada de óxido grosso gerado por um processo de anodização depois disso, uma folha de separador de papel molhado com um eletrólito isto é, uma substância com íons livres que pode, portanto, transmitir eletricidade e finalmente outra camada de alumínio que também tem uma camada de óxido, mas gerada pela oxidação natural do metal neste caso, o papel, que poderíamos pensar age como o dielétrico está atuando apenas como um condutor, na realidade, aqui o dielétrico é a camada de óxido grosso e como é gerado por um processo químico controlado Sua espessura é ordem de apenas alguns microns que, se nos lembrarmos da fórmula anterior, implica um aumento na capacitância este tipo de capacitores pode ser capaz de acumular algumas centenas de microfarads e trabalhar em altas voltagens no entanto, ao contrário de capacitores de cerâmica e devido à distribuição assimétrica de seus componentes possuir em uma polaridade e se fosse invertido, poderia gerar um curto-circuito interno produzindo calor e evaporando rapidamente o eletrólito qual estar dentro de uma área selada aumentaria a pressão interna de componente até que você não aguenta mais outras palavras... o próximo tipo de capacitor que vamos analisar são os capacitores eletrolíticos de Tantalo a primeira diferença que existe entre este e o alumínio obviamente ignorando o fato que eles são feitos de materiais diferentes é que ao invés de usar lençóis são feitos de uma massa compacta de bolas de tântalo que anteriormente são unidos por um processo conhecido como sinterização O interessante desta decisão é que a área total do capacitor será igual à soma da área das bolas internas com o qual você pode conseguir uma grande área em um volume compacto novamente visando maximizar a capacidade de carga mais tarde, para esta base de tântalo, que será o nosso primeiro piloto vários processos são realizados para adicionar novas camadas de materiais o primeiro é o pentóxido de tântalo que corresponderá ao nosso material dielétrico e que tem uma permitividade 2 vezes maior que o óxido de alumínio que, se nos lembrarmos da fórmula novamente, aumentaremos a capacitância do conjunto Depois disso, uma camada de dióxido de manganês é adicionada, que atuará como eletrólito mas desta vez será sólido em vez de líquido e finalmente uma camada de grafite e prata é adicionada que se conectará à outra extremidade do capacitor Não tenho 100% de certeza mas eu acho que esses dois últimos materiais são usados para um problema de compatibilidade mais do que qualquer coisa já que nem todos os materiais são aderir um ao outro ou talvez eles permitam que você faça a conexão sem destruir as camadas anteriores desde quando tentar soldar algo poderia ser mesclar as camadas internas arruinando todo o trabalho tendo todas essas camadas, os componentes são encapsulados alcançar um capacitor realmente compacto com um perfil baixo tornando-os uma boa opção para ser implementado em placas de circuito finalmente o último tipo de capacitor Eu quero falar sobre este vídeo são os supercapacitores Estes são conhecidos por serem capazes de acumular uma grande quantidade de carga, mas a uma tensão reduzida do lado de fora eles são bastante semelhantes aos capacitores eletrolíticos de alumínio No entanto, se fizermos uma seção transversal, encontraremos outros componentes Neste caso, o principal elemento a ser utilizado são as chapas de carvão ativado ou nanotubos de carbono. um eletrólito, que geralmente é acetonitrila e um separador, que é capaz de permitir que o passagem de íons eletrolíticos mas impedir o contato direto entre duas placas de carbono no início, quando este capacitor é descarregado, os íons eletrolíticos são desordenados mais tarde, quando o sistema estiver conectado a uma fonte de corrente contínua isso é reordenado, e os íons positivos vão para o carbono com carga negativa enquanto os íons negativos vão para o carbono com carga positiva quando esta separação é gerada, o fluxo de corrente está estagnado algo muito semelhante ao que acontece no diodos, como vimos no vídeo anterior Como você pode ver neste caso, não há dia elétrico como nos outros tipos de capacitores mas as cargas se acumulam no ponto de contato entre o carbono e o eletrólito mas eles não podem circular devido ao comportamento mencionado acima Além disso, isso acontece em cada uma das folhas de carbono razão pela qual Este tipo de capacitor também é chamado: capacitores elétricos de dupla camada ou EDLC por sua sigla em inglês mas essa não é a característica que os faz acumular tanta carga elétrica mas isso é o uso de carvão nanotubos de carbono ou ativados porque esses materiais são extremamente porosos e, portanto, aumentar consideravelmente a área em que as cargas podem ser posicionadas o que você está vendo neste vídeo é apenas uma simplificação se víssemos sua composição em um microscópio, seria algo semelhante a isso e o mesmo vale para bolas anodizadas de alumínio e tântalo cuja aspereza é extremamente pequena Eu também gostaria de mencionar que, apesar de ter uma composição simétrica nas camadas Este tipo de capacitor não precisa ser conectado em uma polaridade específica recomenda-se sempre usar a mesma polaridade porque ao invertê-lo você pode reduzir o seu capacidade de carga provavelmente porque os íons devem se mover fisicamente para a outra parede finalmente, ser capaz de transmitir isso grande carga esses capacitores podem ter vários colecionadores Se eles fossem muito pequenos, eles poderiam aquecer, assim como uma resistência para visualizar a grande diferença entre a capacitância existente entre capacitor eletrolítico de alumínio e um super capacitor meus amigos da Sysmic Robotics me convidaram para seu escritório para realizar alguns testes Como você pode ver o capacitor eletrolítico só pode mover o motor por alguns segundos enquanto o super capacitor pode continuar assim por vários minutos sopro: energia livre mesmo se eles estão conectados em série, eles podem aquecer um pedaço de metal para vermelho quente como sempre graças a todos que eles suportam compartilhar meu conteúdo como a página da mecatrônica no facebook e também para Robótica Sísmica eles autorizados a ir ao seu escritório para ver os super capacitores fazer este tipo de vídeos requer muito tempo e um bom computador e atualmente eu não tenho nenhum dos dois é por isso que eu queria pedir sua ajuda através do PATREON uma página na qual você pode me apoiar e ao mesmo tempo receber algumas recompensas relacionadas ao canal como por exemplo os modelos 3d que estou usando em cada vídeo é tudo por agora e até o próximo capítulo.
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