Laboratório de Capacitores e Dielétricos

Laboratório de Capacitores e Dielétricos é uma simulação 3D de eletrostática onde os estudantes manipulam a geometria e o material dielétrico de um capacitor de placas paralelas. Duas placas metálicas são conectadas a uma bateria CC ajustável enquanto cargas superficiais vermelhas (+) e azuis (−) se acumulam nas faces internas e setas vetoriais ciano exibem o campo elétrico uniforme E = V / d. Os estudantes podem arrastar a placa superior para cima ou para baixo para mudar a separação d, alterar a área da placa A e arrastar uma placa dielétrica âmbar horizontalmente para o espaço entre elas. Dentro da placa dielétrica, halteres de dipolos moleculares giram visivelmente para se alinhar com o campo, ilustrando por que um dielétrico aumenta a capacitância segundo C = kappa epsilon_0 A / d.

• Arraste a placa superior para baixo para reduzir pela metade a Distância entre placas d e verifique que a Capacitância C, a Carga armazenada Q e o Campo elétrico E dobram.
• Arraste a placa dielétrica âmbar de 0% a 100% de inserção e veja cargas + e - extras fluírem da bateria para as placas conforme a Capacitância é multiplicada por kappa.
• Aproxime com a vista de câmera Espaço e Dipolos e varie a Tensão da bateria V para observar os dipolos moleculares vermelho/azul dentro do dielétrico girarem até o alinhamento.
• Aumente a Área da placa A de 100 cm² para 400 cm² e verifique que a Capacitância C e a Energia armazenada U quadruplicam.
• Compare a Energia armazenada U = 1/2 C V² em 6 V e 12 V para verificar que dobrar a tensão quadruplica a energia eletrostática armazenada.

1. 1Calcular a capacitância de placas paralelas a partir da geometria das placas e da permissividade usando C = kappa epsilon_0 A / d.
2. 2Explicar em nível molecular como a polarização de dipolos dentro de um dielétrico enfraquece o campo interno resultante e aumenta a capacitância.
3. 3Prever como alterar a tensão V, a área da placa A ou a distância d afeta a carga armazenada Q = C V e a energia armazenada U = 1/2 C V².
4. 4Relacionar a intensidade do campo elétrico uniforme entre as placas com a tensão e a distância entre elas via E = V / d.

Perguntas frequentes dos professores