No tutorial da Rede RC vimos que quando uma tensão DC é aplicada a um condensador, o próprio condensador retira uma corrente de carga da alimentação e carrega até um valor igual à tensão aplicada.
Likewise, quando a tensão de alimentação é reduzida a carga armazenada no condensador também reduz e o condensador descarrega. Mas num circuito CA em que o sinal da tensão aplicada está continuamente a mudar de uma polaridade positiva para uma polaridade negativa a uma taxa determinada pela frequência da alimentação, como no caso de uma tensão de onda sinusoidal, por exemplo, o condensador está a ser carregado ou descarregado numa base contínua a uma taxa determinada pela frequência da alimentação.
Como o condensador carrega ou descarrega, circula uma corrente que é restringida pela impedância interna do condensador. Esta impedância interna é geralmente conhecida como Reactância Capacitiva e recebe o símbolo XC em Ohms.
Resistência não similar que tem um valor fixo, por exemplo, 100Ω, 1kΩ, 10kΩ etc, (isto porque a resistência obedece à Lei de Ohms), a Reactância Capacitiva varia com a frequência aplicada, pelo que qualquer variação na frequência de alimentação terá um grande efeito no valor da “reactância capacitiva” do condensador.
à medida que a frequência aplicada ao condensador aumenta, o seu efeito é de diminuir a sua reactância (medida em ohms). Da mesma forma, à medida que a frequência aplicada ao condensador diminui o seu valor de reactância aumenta. Esta variação é chamada impedância complexa do condensador.
Impedância complexa existe porque os electrões sob a forma de carga eléctrica nas placas do condensador, parecem passar de uma placa para a outra mais rapidamente em relação à frequência variável.
À medida que a frequência aumenta, o condensador passa mais carga através das placas num determinado tempo, resultando num maior fluxo de corrente através do condensador surgindo como se a impedância interna do condensador tivesse diminuído. Portanto, um condensador ligado a um circuito que muda numa dada gama de frequências pode ser dito como “Dependente da Frequência”.
Reactância capacitiva tem o símbolo eléctrico “XC” e tem unidades medidas em Ohms o mesmo que a resistência, ( R ). É calculada utilizando a seguinte fórmula:
Reactância capacitiva
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 br>Fórmula de reacção capacitiva |
- Onde:
- Xc = Reactância Capacitiva em Ohms, (Ω)
- π (pi) = 3.142 (decimal) ou como 22÷7 (fracção)
- ƒ = Frequência em Hertz, (Hz)
- C = Capacitância em Farads, (F)
Reactância capacitiva Exemplo No1
Calcular o valor da reactância capacitiva de um condensador de 220nF a uma frequência de 1kHz e novamente a uma frequência de 20kHz.
A uma frequência de 1kHz:
Novamente a uma frequência de 20kHz:
onde: ƒ = frequência em Hertz e C = capacitância em Farads
Por isso, pode ser visto de cima que à medida que a frequência aplicada através do condensador 220nF aumenta, de 1kHz para 20kHz, o seu valor de reactância, XC diminui, de aproximadamente 723Ω para apenas 36Ω e isto é sempre verdade como reactância capacitiva, XC é inversamente proporcional à frequência com a corrente passada pelo condensador para uma dada voltagem sendo proporcional à frequência.
Para qualquer valor dado de capacidade, a reactância de um condensador, XC expressa em ohms, pode ser traçada em relação à frequência como se mostra abaixo.
Reactância capacitiva contra frequência
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Reactância capacitiva contra frequência
Reactância capacitiva contra frequência podemos também encontrar a que frequência um condensador terá um determinado valor de reactância capacitiva ( XC ).
Reactância capacitiva Exemplo No2
Em que frequência um condensador 2,2uF teria um valor de reactância de 200Ωs?
Or podemos encontrar o valor do condensador em Farads conhecendo a frequência aplicada e o seu valor de reactância a essa frequência.
Reactância capacitiva Exemplo No3
Qual será o valor de um condensador em farads quando tiver uma reactância capacitiva de 200Ω e estiver ligado a uma fonte de 50Hz.
P>P>Vemos pelos exemplos acima que um condensador, quando ligado a uma fonte de frequência variável, actua um pouco como um “resistor variável controlado por frequência” uma vez que a sua reactância (X) é directamente proporcional à frequência. Em frequências muito baixas, tais como 1Hz o nosso condensador 220nF tem um alto valor de reactância capacitiva de aproximadamente 723.3KΩ (dando o efeito de um circuito aberto).
Em frequências muito altas tais como 1Mhz o condensador tem um baixo valor de reactância capacitiva de apenas 0.72Ω (dando o efeito de um curto-circuito). Assim, a frequência zero ou CC em estado estável, o nosso condensador 220nF tem uma reactância infinita parecendo mais um “circuito aberto” entre as placas e bloqueando qualquer fluxo de corrente através dele.
Voltage Divider Revision
Lembramo-nos do nosso tutorial sobre Resistências em Série que diferentes tensões podem aparecer em cada resistência, dependendo do valor da resistência, e que um circuito divisor de tensão tem a capacidade de dividir a sua tensão de alimentação pela razão de R2/(R1+R2). Portanto, quando R1 = R2, a tensão de saída será metade do valor da tensão de entrada. Da mesma forma, qualquer valor de R2 maior ou menor que R1 resultará numa mudança proporcional à tensão de saída. Considere o circuito abaixo.
Rede divisora de tensão
Sabemos agora que a reactância de um condensador, Xc (a sua impedância complexa) muda de valor em relação à frequência aplicada. Se agora mudássemos a resistência R2 acima para um condensador, a queda de tensão através dos dois componentes mudaria à medida que a frequência mudasse, porque a reactância do condensador afecta a sua impedância.
A impedância da resistência R1 não muda com a frequência. As resistências são de valores fixos e não são afectadas pela mudança de frequência. Depois, a tensão através da resistência R1 e, portanto, a tensão de saída é determinada pela reactância capacitiva do condensador a uma dada frequência. Isto resulta então num circuito divisor de voltagem RC dependente da frequência. Com esta ideia em mente, os filtros passa-baixo passivo e passa-alto podem ser construídos substituindo uma das resistências divisoras de voltagem por um condensador adequado, como se mostra.
filtro passa-baixo
Filtro passa-alto Filter
The property of Capacitive Reactance, torna o condensador ideal para utilização em circuitos de filtro AC ou em circuitos de alisamento de alimentação DC para reduzir os efeitos de qualquer Tensão de Ondulação indesejada, uma vez que o condensador aplica um caminho de sinal de curto-circuito a quaisquer sinais de frequência indesejados nos terminais de saída.
Reactância capacitiva Resumo
Assim, podemos resumir o comportamento de um condensador num circuito de frequência variável como sendo uma espécie de resistência de frequência controlada que tem um alto valor de reactância capacitiva (condição de circuito aberto) a frequências muito baixas e baixo valor de reactância capacitiva (condição de curto-circuito) a frequências muito altas, como se mostra no gráfico acima.
