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1º Ano Licenciatura em Física – 2018
Profª Agda E. Souza Albas
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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1876 1897 1909 1920 1950 1970 Atualmente
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.