Carga/Descarga do Capacitor

Simulação interativa demonstrando o comportamento do circuito RC durante a carga e descarga do capacitor

Visualização do Circuito

Tensão: 0.00 V
Carregar: 0.00 μC
Corrente: 0.00 mA
Constante de Tempo (τ): 1.00 s
Tempo: 0.00 s

Parâmetros do Circuito

Valores dos Componentes

Controles de Animação

Opções de Exibição

Equações do Circuito RC

Carga: q(t) = Q₀(1 - e^(-t/RC))
Descarga: q(t) = Q₀·e^(-t/RC)
Constante de Tempo: τ = RC
Tensão: V = q/C
Corrente de Carga: I = (V₀/R)·e^(-t/RC)
Corrente de Descarga: I = -(Q₀/RC)·e^(-t/RC)
Parâmetros Atuais: τ = 1.00 s, Q₀ = 100.00 μC, I₀ = 0.10 mA

Instruções

  • Clique em "Carregar" para conectar o capacitor à fonte de tensão
  • Clique em "Descarregar" para desconectar a fonte e descarregar através do resistor
  • Observe como a tensão e a corrente mudam exponencialmente com o tempo
  • A constante de tempo τ = RC determina a velocidade de carga/descarga
  • Após 5τ, o capacitor está 99.3% carregado ou descarregado
  • Alterne entre diagrama do circuito, curvas e vista comparativa

O que é Carga/Descarga do Capacitor?

Um capacitor é um componente elétrico que armazena energia em um campo elétrico. Quando conectado a uma fonte de tensão através de um resistor, ele carrega exponencialmente conforme a carga se acumula em suas placas. A tensão através do capacitor aumenta até igualar a tensão da fonte. Quando desconectado da fonte e conectado a um caminho de descarga, a carga armazenada flui, causando decaimento exponencial da tensão.

Processo de Carga

Durante a carga, a carga no capacitor segue q(t) = Q₀(1 - e^(-t/RC)), onde Q₀ = CV₀ é a carga máxima. Inicialmente, o capacitor age como um curto-circuito, e a corrente máxima I₀ = V₀/R flui. Conforme a carga se acumula, a tensão através do capacitor se opõe à tensão da fonte, reduzindo a corrente. Após uma constante de tempo τ = RC, o capacitor atinge 63.2% de sua carga final. Após 5τ, está efetivamente totalmente carregado (99.3%).

Processo de Descarga

Durante a descarga, o capacitor age como fonte de tensão. A carga segue q(t) = Q₀·e^(-t/RC), começando de sua carga inicial Q₀ e decaindo para zero. A corrente flui na direção oposta durante a descarga. A tensão através do capacitor diminui como V(t) = V₀·e^(-t/RC). A descarga segue a mesma constante de tempo exponencial τ = RC, com 63.2% da carga desaparecida após uma constante de tempo.

Constante de Tempo

A constante de tempo τ = RC é a escala de tempo característica do circuito. Um τ maior significa carga/descarga mais lenta. Em t = τ, o capacitor atingiu 63.2% de seu valor final durante a carga, ou perdeu 63.2% de sua carga inicial durante a descarga. Em t = 5τ, o processo está 99.3% completo, considerado totalmente carregado ou descarregado para a maioria dos propósitos práticos. O produto RC tem unidades de segundos quando R está em ohms e C em farads.

Armazenamento de Energia

Um capacitor carregado armazena energia em seu campo elétrico, dada por E = ½CV² = q²/(2C). Esta energia é fornecida pela fonte de tensão durante a carga (metade armazenada no capacitor, metade dissipada no resistor). Durante a descarga, esta energia armazenada é liberada, principalmente como calor no resistor. Esta propriedade de armazenamento de energia torna os capacitores úteis em fotografia com flash, desfibriladores, fontes de alimentação e muitas outras aplicações.

Aplicações

Circuitos RC com capacitores têm inúmeras aplicações: circuitos de temporização e atrasos em eletrônica; filtros em sistemas de áudio e rádio; suavização de fonte de alimentação; unidades de flash de câmera; desfibriladores; armazenamento de energia em frenagem regenerativa; telas touch e sensores touch; acoplamento e desacoplamento em amplificadores; circuitos amostradores e retentores; e como elementos de memória em computadores primitivos. O comportamento exponencial de carga/descarga é fundamental para entender análise transitória em circuitos elétricos.