Capacitor de Placa Paralela: Carga e Armazenamento de Energia

1 · Prever

Um capacitor de placas paralelas possui uma geometria fixa (área e folga). Se você aumentar a voltagem, a energia armazenada crescerá em proporção direta ou mais rápido?

• A energia armazenada cresce mais rápido que a tensão – depende da tensão ao quadrado.
• A energia armazenada é diretamente proporcional à tensão.
• A energia armazenada não depende da tensão.

2 · Preparar

1. Abra o preset de placas paralelas e pressione Redefinir. Área das placas = 0.05 m², separação = 2 mm.
2. Ative as leituras de carga e energia armazenada.
3. Defina a tensão da placa para cada tentativa e registre a carga e a energia armazenadas.

3 · Coletar Dados

Plote a energia armazenada U (eixo y) em relação à tensão V (eixo x) para suas três tentativas. A curva é reta ou se curva para cima?

4 · Analisar

1. Para uma tentativa, calcule C = ε₀A/d usando A = 0.05 m², d = 0.002 m (o mesmo em todas as tentativas), então Q = CV e U = ½CV². Compare todos os três com a tabela.
2. Explique, usando U = ½CV², por que duplicar a tensão quadruplica a energia armazenada em vez de duplicá-la – mesmo que a carga armazenada apenas duplique.

5 · Aprofundar

1. A capacitância C = ε₀A/d depende apenas da geometria das placas, não da tensão aplicada. Explique por que um capacitor fisicamente maior (A maior ou d menor) pode armazenar mais carga na mesma tensão.
2. Um desfibrilador médico carrega um capacitor a uma alta tensão e depois o descarrega através do paciente em uma fração de segundo. Usando U = ½CV², explique por que os médicos usam uma alta tensão em vez de uma alta capacitância para fornecer rapidamente a energia necessária.

A física por trás deste experimento

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