Calculadora de capacitância: valores e energia

Um capacitor armazena energia elétrica em um campo elétrico entre dois condutores separados por um material dielétrico. A capacitância C, medida em farads (F), quantifica quanta carga Q pode ser armazenada por unidade de tensão V: C = Q / V. Esta calculadora cobre as quatro geometrias de capacitor mais comuns e as duas regras padrão de associação. O capacitor de placas paralelas é a geometria mais simples e mais estudada. Duas placas condutoras planas de área A são separadas por uma distância d preenchida com um material dielétrico de permissividade relativa εᵣ. A capacitância é C = ε₀ × εᵣ × A / d, em que ε₀ = 8.854 × 10⁻¹² F/m é a permissividade do vácuo. Aumentar a área das placas ou a constante dielétrica aumenta a capacitância; aumentar a separação a reduz. O campo elétrico entre as placas é uniforme: E = V / d. O capacitor esférico consiste em duas cascas esféricas concêntricas com raio interno r₁ e raio externo r₂. Sua capacitância é C = 4πε₀εᵣ × (r₁ × r₂) / (r₂ − r₁). No limite r₂ → ∞, isso se reduz à capacitância de uma esfera isolada: C = 4πε₀εᵣr₁, que modela a autocapacitância de uma esfera condutora. O capacitor cilíndrico consiste em dois cilindros condutores coaxiais de comprimento L, com raio interno r₁ e raio externo r₂. Sua capacitância é C = 2πε₀εᵣL / ln(r₂ / r₁). Essa geometria modela cabos coaxiais, nos quais o condutor interno e a blindagem externa atuam como as duas placas de um capacitor distribuído ao longo do cabo. Quando capacitores são conectados em série, o recíproco da capacitância total é igual à soma dos recíprocos: 1/C_total = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃. A associação em série reduz a capacitância total, mas aumenta a tensão nominal. Quando conectados em paralelo, as capacitâncias simplesmente se somam: C_total = C₁ + C₂ + C₃. A associação em paralelo aumenta a capacitância total, mantendo a tensão nominal limitada pelo componente de menor especificação. A energia armazenada em qualquer capacitor carregado é E = ½ × C × V², em que V é a tensão nos terminais do capacitor. Essa energia fica no campo elétrico entre os condutores e pode ser liberada rapidamente — por isso capacitores são usados em flashes de câmera, desfibriladores, correção do fator de potência e sistemas de armazenamento de energia para veículos elétricos. Materiais dielétricos têm papel fundamental: sua permissividade relativa εᵣ (também chamada constante dielétrica) multiplica a capacitância base de um vão de ar. Valores comuns são: vácuo/ar ≈ 1.0, papel ≈ 3.5, vidro ≈ 5–10, cerâmica ≈ 100–10,000 para titanato de bário e PTFE (Teflon) ≈ 2.1. Cerâmicas de alto εᵣ permitem capacitâncias muito grandes em encapsulamentos pequenos, por isso capacitores cerâmicos são o tipo mais comum na eletrônica moderna.