Explique como um capacitor armazena energia elétrica.
Passo 1
Beleza, o exercício pede pra gente explicar como um capacitor armazena energia elétrica. Isso cai na parte de Eletricidade, mais especificamente em Capacitores e Energia Armazenada. Pra resolver a gente vai precisar entender:
- O que é um capacitor e como ele ganha carga.
- Como a diferença de potencial (tensão) aparece nele.
- Como calcular a energia a partir do trabalho necessário para carregar o capacitor.
Passo 2
Primeiro, recapitula o que é um capacitor: são duas placas metálicas separadas por um isolante (dielétrico). Quando você conecta uma fonte de tensão
nele, a placa ligada ao polo positivo da fonte recebe cargas positivas
e a outra recebe cargas negativas
. Isso cria um campo elétrico entre as placas.
Passo 3
Agora, pra entender a energia, a gente lembra que, pra mover uma pequena carga
contra esse campo até a placa positiva, a fonte faz um trabalhinho
. Esse trabalho é dado pela tensão no capacitor naquele instante vezes
:
Mas a tensão vai aumentando conforme você carrega, porque
, onde
é a capacitância.
Passo 4
A gente calcula a energia total
fazendo a integral de
desde carga zero até
:
Como normalmente a gente conhece a tensão
em vez da carga final
, e
, substituímos:
Passo 5
Pronto! A energia fica armazenada no campo elétrico entre as placas do capacitor. Sempre que a gente carrega até uma tensão
, essa energia é
Resposta
Um capacitor armazena energia elétrica acumulando cargas opostas nas suas placas, criando um campo elétrico. O trabalho feito para colocar essas cargas resulta em energia armazenada no campo, que vale