Calculadora de energia armazenada em capacitor
Calcula a energia armazenada em um capacitor a partir da capacitância em farads e da tensão em volts usando meio C V quadrado.
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Energia armazenada em um capacitor
Um capacitor carregado até a tensão V guarda energia no seu campo elétrico, e essa energia é dada por E = ½ C V², com E em joules, C em farads e V em volts. De onde vem a expressão? Da integral do trabalho para empurrar carga contra uma tensão que vai subindo à medida que o capacitor enche: E = ∫₀⁹ v dq = ∫₀⁹ (q/C) dq = Q²/(2C). Um capacitor de 1 mF a 12 V guarda 0,072 J. Já um supercapacitor de 1 F a 2,7 V chega a 3,65 J, o bastante para manter um LED aceso por vários minutos.
Repare como a tensão manda nessa conta. Dobre V e você quadruplica E; dobre C e só dobra. É esse peso quadrático que faz sistemas de pulsed-power como flashes fotográficos e desfibriladores trabalharem com capacitâncias modestas em tensões altas (300-2000 V), em vez de bancos enormes em baixa tensão. Boylestad e Sedra/Smith deduzem E = ½CV² logo nos capítulos iniciais, e a IEC 60384 fixa a tolerância, a corrente de ripple e a vida útil que limitam quanta dessa energia dá para ciclar com segurança.
Aplicações
A energia capacitiva aparece em muito lugar: flashes de xenônio em câmeras, desfibriladores médicos (em geral 200-360 J entregues ao paciente), drivers de railguns e lasers pulsados, bancos de supercapacitores para frenagem regenerativa em veículos, capacitores de hold-up em UPS e capacitância de ride-through em barramentos CC de inversores. EVs e híbridos combinam cada vez mais baterias com supercapacitores (IEC 62576), e o motivo é a alta densidade de potência somada aos milhões de ciclos de vida que eles aguentam.
Perguntas frequentes
Por que a energia é ½CV² e não CV²? Porque a tensão sobe de 0 até V durante a carga, então a tensão média no caminho é V/2 e o trabalho total fica Q·(V/2) = ½CV². A metade que falta vira calor no resistor de carga, e isso vale qualquer que seja o valor de R.
Como aumentar a energia armazenada? Subindo a tensão, com ganho quadrático, ou a capacitância, com ganho linear. Mexer na tensão costuma render mais, mas você esbarra na tensão de ruptura do dielétrico do componente (IEC 60384).
Um capacitor carregado é perigoso? Pode ser. Capacitores eletrolíticos grandes em fontes e flashes guardam energia suficiente para causar choques letais até horas depois de o equipamento ser desligado. Descarregue por um resistor de bleeder e confirme com voltímetro antes de mexer.
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