Circuitos

Carregamento RC

Pressione Reproduzir — o capacitor carrega exponencialmente (τ = RC)

Carregamento RC — simulação interativa de Circuitos. Pressione Reproduzir — o capacitor carrega exponencialmente (τ = RC) Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.

carga RC

Um capacitor se carrega exponencialmente quando o circuito é energizado. Constante de tempo τ = RC.

No início a corrente é alta; à medida que se acumula carga, a tensão do capacitor sobe e a corrente cai a zero.

• τ = RC
• V_C(t) = ε(1 − e^(−t/τ))

Resumo da investigação

Planeje a pergunta antes de abrir o laboratório

O resumo espelha a página pré-renderizada: a pergunta orientadora, as previsões concorrentes, os papéis das variáveis, as leis governantes, a configuração e os prompts de análise e extensão permanecem visíveis e nesta ordem.

Pergunta de direção

Um capacitor é carregado através de um resistor de uma bateria 10 V. Sua tensão aumenta a uma taxa constante ou diminui à medida que se aproxima da tensão da bateria?

Previsões para pesar

• A tensão do capacitor aumenta a uma taxa constante até atingir 10 V e então parar.
• O carregamento fica mais lento – o capacitor se aproxima de 10 V, mas nunca o atinge em tempo finito (abordagem exponencial).
• A tensão do capacitor ultrapassa 10 V antes de voltar ao normal.

Papéis variáveis

O que você definiu:

• Tempo t (s)

O que você mede:

• Constante de tempo τ (s)
• Tensão do capacitor V_c (V)

Como funciona a investigação

1. Abra a predefinição de carregamento RC e pressione Redefinir. R = 100 Ω, C = 0.01 F, dando uma constante de tempo τ = RC = 1 s; a bateria fornece 10 V.
2. Ative a leitura da tensão do capacitor.
3. Pressione Play e registre a tensão do capacitor em cada horário listado.

Equação governante

Constante de tempo RC — τ = R·C

A constante de tempo τ = RC define a escala de tempo da resposta exponencial de um circuito RC. Após um τ, um capacitor de carga atinge cerca de 63% de sua tensão final; depois de cerca de 5τ, ele está totalmente carregado.

O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam

• Para uma tentativa, calcule V_c = E(1 − e^(−t/τ)) usando E = 10 V, τ = 1 s. Compare com a tabela.
• Em t = τ (1 s), o capacitor atinge cerca de 63% da tensão final. Explique, usando a fórmula exponencial, por que são necessárias muito mais constantes de tempo para chegar muito perto de 10 V, mas nunca alcançá-lo matematicamente com exatidão.

Onde isso aparece além do laboratório

• Se você duplicasse a capacitância C (mantendo R igual), a constante de tempo τ = RC também dobraria. O capacitor demoraria mais ou menos para atingir 63% de 10 V? Por que um capacitor maior demora mais para carregar no mesmo resistor?
• O capacitor de flash de uma câmera carrega lentamente (segundos) através de um caminho de alta resistência, mas descarrega quase instantaneamente através do tubo de flash (resistência muito baixa). Explique, usando τ = RC, por que os tempos de carga e descarga podem ser tão diferentes para o mesmo capacitor.

• AP Physics 2 — Unit 11: Electric Circuits
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 11: Electric Circuits
• IB Physics — B.5 Current and circuits
• General High School Physics — Electricity & DC circuits
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Bem-vindo à carga RC
2. Pressione Reproduzir
3. Selecione o capacitor
4. carga exponencial
5. Abra o Inspetor
6. Você conseguiu!

Abra a simulação interativa para construir a cena, pressione Reproduzir e explore com medições em tempo real e um tutorial guiado.

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Carga de Capacitor & Constantes de Tempo