1º Ano Licenciatura em Física – 2018

Profª Agda E. Souza Albas

agda.souza@unesp.br

Capacitor

• Dispositivo de circuito elétrico que tem como função armazenar cargas elétricas e, consequente, energia eletrostática ou elétrica.

Física do Capacitor

• Os formatos típicos consistem em dois eletrodos ou placas que armazenam cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante (ou dielétrico).

Tipos de Capacitores

• Placas e Eletrolíticos

Evolução Histórica dos Capacitores

1745 1746

1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente

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1746: holandês Pieter von

Musschenbroek – trabalhou

independente (Universidade de Leyden, Holanda) e

nomeou o primeiro capacitor.

1745: alemão Ewald Georg von

Kleist – descobriu que poderia

armazenar cargas elétricas em uma

jarra com água.

Garrafa de Leyden

Consistia de um frasco (jarra) de vidro com um gargalo estreito, parcialmente preenchida com água. Ela continha

um condutor eléctrico que atravessava uma rolha no gargalo e era imerso na

água.

Outras contribuições:

Benjamin Franklin: trocou a água e as mãos por folhas condutoras;

Alessandro Volta: chamou-a de “condensador” de cargas elétricas ;

Michael Faraday: incluiu o conceito de constante dielétrica. Seu nome é usado

como unidade de medida de capacitância .

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1876: Fitzgerald propôs um capacitor com

um dielétrico de papel saturado com cera

(capacitor eletrolítico)

Foi utilizado nos

rádios receptores

para filtragem da

fonte de

alimentação.

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1897: Charles Pollak patenteou um capacitor

eletrolítico de alumínio-bórax*.

Somente em 1936, a fábrica

Cornell-Dubilier Electric, de

Plainfield, NJ, introduziu

uma linha comercial de

capacitores eletrolíticos.

*Bórax = borato de sódio – Na2B4O7.10H2O

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Foram aplicados em

zonas de transmissão de

rádio (circuitos de

radiofrequência - RF).

1909: William Dubilier criou o capacitor com

mica*, como dielétrico.

*Mica = mineral do grupo dos filossilicatos – folhas de

silicato (Si2O5)

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1920: Fim da Grande Guerra impulsiona as

pesquisas sobre capacitores cerâmicos:

1926 Dióxido de titânio

TiO2

1941 Titanato de Bário

BaTiO3

1950 Eletrolítico Papel-laca-

metal Bosch

1954 Filmes eletrolíticos

Metalização do polímero

Bell Labs

1957 Dupla camada BaTiO3

General Electric e Nippon

Electric (1978)

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1950: Iniciam-se as pesquisas sobre

capacitores poliméricos:

1970 MLCC diversos materiais cerâmicos

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1970: Comercialização dos vários tipos de

capacitores:

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Cerâmicas dielétricas nanoestruturadas e vitrocerâmicas

MLCC cerâmicos

Filmes poliméricos*

Atualmente: Desafios para sanar problemas e

miniaturização dos dispositivos.

* Polipropileno: polímero termoplástico (> resistência química, < peso)

Poliestireno: polimerização do estireno (copos descartáveis brancos, isopor)

PVDF: fluoreto de polivinilidano (cristalino, > resistência química)

Titanatos e Zirconatos (Pós e Filmes)

• Estrutura Perovskita (ABX3)

• Titanatos e Zirconatos (óxidos perovskita ATiO3 ou AZrO3 )

• Íon A = Ba, Ca ou Sr

A Ti O

Cluster

cubo-octaedral

AO12

Cluster

octaédrico

TiO6

Oxigênios

compartilhados

no sítio cubo-

octaedral

/Zr

A substituição parcial na rede, no sítio A ou B gera soluções sólidas.

Modifica as propriedades

Possuem comportamentos diferentes escala

nanométrica

CaTiO3

ou

CaZrO3

SrTiO3

ou

SrZrO3

BaTiO3

ou

BaZrO3

Manômetro Válvula de

segurança

Fio de

aterramento Termopar

Autoclave

de Teflon

Controlador de tempo e

temperatura Parafusos

Preparação do pó cerâmico:

Método de Hidrotermalização assistida por micro-ondas

Cloretos (Ba, Ca e Sr)

Isopropóxido de Ti ou

oxicloreto de Zr

KOH ou NaOH

Água Deionizada

Preparação dos filmes cerâmicos:

Preparação de Filmes espessos (Eletroforese)

Síntese do pó cerâmico (MAH)

Deposição de filme (EPD)

Controle do tamanho de

partícula

Caracterização elétrica.

Preparação dos filmes compósitos:

Preparação de filmes flexíveis (PVDF-Titanato; PVDF-Zirconato)

PVDF com

10wt% de

BaTiO3

PVDF com

10wt% de

BaZrO3

Perspectiva para pesquisa:

Preparação de filmes cerâmicos ultrafinos (Sputtering)

Desafio: Preparar alvos

cerâmicos de alta densidade.

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

Ho, J.; Jow, T.R.; Boggs, S. Historical Introduction to Capacitors Technology,

IEEE Electrical Insulation Magazine, 26, p. 20-25, 2010.

Ainda temos vagas!