Energia e potência de capacitores

Visão Geral

Capacitores armazenam energia em um campo elétrico entre suas placas. A energia armazenada e a potência disponível durante a descarga são fundamentais para projetar circuitos temporizadores, fontes de alimentação e sistemas de armazenamento de energia. Esta página abrange as fórmulas principais para armazenamento de energia, entrega de potência instantânea e tempo de descarga sob carga de potência constante.

Fórmulas Principais

Energia Armazenada em um Capacitor

$W = \frac{1}{2} C V^2$

Onde W é a energia armazenada (joules), C é a capacitância (farads), e V é a tensão através do capacitor (volts).

Potência Média Durante a Descarga

$P = \frac{W}{t} = \frac{C V^2}{2\,t}$

Isso fornece a potência média durante um pulso de descarga de duração t. Na prática, a descarga começa em um pico e decai, então esta é uma estimativa de engenharia aproximada em vez de um valor instantâneo constante.

Tempo de Descarga sob Carga de Potência Constante

$t = \frac{W}{P} = \frac{C V^2}{2\,P}$

Reorganizando a equação de potência, obtemos o tempo necessário para descarregar completamente um capacitor em uma carga que consome potência P a uma taxa constante.

Variáveis

Exemplo de Cálculo

Um capacitor de 10 µF é carregado a 230 V.

Energia armazenada:

$W = \frac{1}{2} \times 10 \times 10^{-6} \times 230^2 = 0.265 \text{ J}$

Potência média se descarregado em 5 µs:

$P = \frac{0.265}{5 \times 10^{-6}} = 52\,900 \text{ W} \approx 53 \text{ kW}$

Conversor de Unidades

Imagens de Origem Original

As seguintes imagens de origem original são preservadas para evitar a perda de material de referência visual. Quando uma imagem contém dados de gráfico ou tabela, seus valores extraídos são representados nas tabelas, calculadoras ou gráficos interativos da página; as imagens restantes são mantidas como referências visuais de origem.

Capacitor

Cobertura da Tabela de Origem

A fonte em cache inclui linhas de layout/pesquisa do Engineering ToolBox ao redor da área da calculadora. O conteúdo migrado substantivo é preservado como a calculadora de energia do capacitor, tabela de ruptura dielétrica, imagem original do capacitor e o conversor de unidades acima.

Notas de Engenharia

• Decaimento exponencial: Em um circuito com carga resistiva, a tensão (e, portanto, a potência instantânea) decai exponencialmente — não linearmente. A fórmula $P = W/t$ fornece uma média aproximada ao longo da duração do pulso, não o pico.
• A potência de pico é mais alta: No início da descarga, a potência instantânea é $P_{\text{peak}} = V^2 / R$ (para uma carga resistiva), que pode exceder muito o valor médio.
• Limites de ESR: Capacitores reais têm resistência série equivalente (ESR) que limita a corrente de pico e converte parte da energia em calor dentro do componente em vez da carga.
• Margem de projeto segura: Sempre reduza a tensão de trabalho bem abaixo do valor de ruptura dielétrica, levando em conta temperatura, envelhecimento e sobretensões transitórias.

Tensão de Rompimento por Dielétrico

Tensão de punctura medida a 1 MHz. Valores em V por mil (1 mil = 0,001 polegada ≈ 25,4 µm).

Esta tabela de ruptura dielétrica é mantida como material de referência de projeto de capacitor relacionado à fonte, necessário para a completude da página de capacitor migrada; ela suporta as notas de redução de tensão e tensão de trabalho segura acima.

A ruptura real depende da temperatura, frequência, espessura do dielétrico e geometria dos eletrodos. Consulte as fichas técnicas do fabricante para tensões de trabalho nominais.

Referências

• Fonte Original — Capacitores Energia Potência