Elétrica e Eletrônica. História da Ciência. História dos Capacitores.


Bateria de 6 Jarras de Leyden. (1900)
Bateria de 6 Jarras de Leyden. (1900). Fonte da Imagem: MEYER, M., Science History Institute. (2012).

Autoria: Alberto Federman Neto, AFNTECH.

Revisto e Ampliado em: 7 de Abril de 2022.

1. INTRODUÇÃO:

Este Blog enfatiza Ciência, Tecnologia e História da Ciência.

Neste Artigo,  reporto a História dos Capacitores, Condensadores elétricos, extensamente usados em centenas de aplicações elétricas e eletrônicas.

O nome antigo era Condensador.

O que é um capacitor? É um dispositivo, componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. Em essência, consiste em duas placas metálicas, eletrodos ou armaduras, separados entre si por um isolante elétrico, chamado “dielétrico”.

Para experimentos, pode ser feito artesanalmente.  Link: 1. Contudo, os capacitores comerciais não são caros e são muito eficientes, usados em motores, lâmpadas LED, rádios, TVs, celulares e praticamente todos os dispositivos eletrônicos.

Como ele funciona? Descrevo de maneira bem simplificada, não muito teórica, nem sofisticada.

Nos capacitores, as placas, eletrodos, ficam próximos e separados por um isolante. O capacitor armazena carga positiva em uma placa, e negativa, na outra placa.

A tendência das cargas elétricas opostas, negativa e positiva, seriam serem neutralizadas, mas o dielétrico não deixa passar a eletricidade, então ela fica distribuída na superfície das placas condutoras. Links: 2, 3, 4, 5, 6.

2. HISTÓRIA:

 A Garrafa ou Jarra de Leyden é o protótipo dos capacitores, o primeiro tipo.

Consiste uma garrafa de vidro (dielétrico), revestida interna e externamente, duas placas metálicas, inicialmente feitas de folhas de ouro ou estanho, depois usou-se o alumínio. Mas até água e álcool foram experimentados.

Foi inventada pelo Juiz, Pastor, Filósofo e Filósofo Natural Prussiano (Pomerânio) Ewald Georg Von Kleist. em 1745.  Ele tentava recolher e diluir um “fluido elétrico”, em álcool. Link 62. Ele a apresentou a Sociedades Científicas na Alemanha, mas o invento foi quase ignorado e/ou transmitido de forma confusa. Mas teria chegada a informação à Universidade de Leyden, Holanda.

No mesmo ano, o estudante de Física Holandês Pieter Van Musschenbroek, orientado do Professor, Filósofo Natural e Matemático Holandês Willem Jacob  Gravesande, trabalhando em Leyden, Holanda, independentemente, redescobre o dispositivo, depois chamado de “Garrafa de Leyden“. Link 7. 9. Uma garrafa de vidro, revestida interna e externamente, com folha de chumbo ou estanho.

Esquema de Uma Garrafa de Leyden.
Esquema de Uma Garrafa de Leyden. Fonte da Imagem: Circuits Today.
Garrafa ou Jarra de Leyden, do Século X!X.
Garrafa ou Jarra de Leyden, do Século X!X. Fonte da Imagem: algumasMagnet Acad Museum (2014)

Na realidade, não se sabe ao certo se Musschenbroek conhecia ou não, o trabalho de Kleist. mas a invenção de Kleist seria alguns meses anterior. Mas quase simultânea. Em todo o caso há algumas poucas controvérsias sobre quem seria o primeiro inventor da “Garrafa de Leyden”.

Aceita-se que os dois a teriam inventado ao mesmo tempo. ALLERHAND, A. Proc. IEEE 106, 496 (2018). RISKIN, J. Hist. Stud. Phys. Biol. Scienc. 28, 301 (1998). HEILBRON, J.L. Ísis, 57 264 (1966). Embora isso não seja um consenso entre os pesquisadores e historiadores. SELLA, A. Chem, World (2017). JARDIM, W.T.; GUERRA, A. Cad. Bras. Ens. Fís. 34, 774 (2017). SAWICKI, J. Stud. Hist. Scienc. 17 (2018). BARR, E.S. Am. J. Phys. 29, 234 (1961).

Há autores que reportam que os dispositivos básicos empregados por Musschenbroeck e mesmo por Kleist, já teriam sido inventados antes, ou pelo menos a eletricidade teria sido recolhida e armazenada pela primeira vez pelo Filósofo Natural, Físico e Matemático Alemão Georg Matthias Bose. BOSE, G.M., “Recherches sur la Cause e sur la Veritable Teórie de L’Electricité.” Edição, Wittenberg, Alemanha e Gráfica Jean Frederíc Slomac, Paris, França (1745). Outro Link. Mais outro LInk. BOSE, J.M. “De Attratione et Electricitate Oratio Inauguralis.” Tipografia Ephraim Gottlob Eichsdeldii, Leipzig, Alemanha (1738). BOSE, G.M. “Tentamina Electrica…” Gráfica Ahlfeldius, Wittenberg, Alemanha,  (1744).

BOSE, G.M, (1745). Citação. Tradução Livre do Francês:

“Tournez le globe. Les globules électriques rencontreront le long de ces corps, de telles cordes, allez de matière pour F émouvoir. Tous ces corps deviennent donc électriques par communication. ”

“girando o globo, os glóbulos elétricos se reencontrarão ao longo desse corpo, de tais cordas, fazendo a matéria de F se comover (absorver), Todos esses corpos se tornarão, então elétricos por comunicação.”

Garrafas eram usadas, porque naquela época os Cientistas acreditavam que a Eletricidade  e o Calor eram  fluidos (como líquidos e gases) invisíveis. MUSSCHENBROEK,P.V.; LONS, J.F. POTVELIER , G. (Editor) “Disputatio Philosophica Inaugularis. De Fluido.” (1743). ADAMS, G.; JONES, W. (Revisor); DILLON, J. (Editor); “An Assay on Electricity.” , 5a Ed. ,Londres. Inglaterra (1799).

Após a morte de Musschenbroek, 1762, um aluno dele, o Astrônomo e Matemático Holandês Johannes Lulofs publicou o trabalho do Mestre, que seria em 1769, traduzido para o Francês pelo Médico e Filósofo Natural Francês Joseph Aignan Sigaud de Lafond. LAFOND, M.S., MUSSCHENBROEK, P.V. “Cours de Physique Experimentale et Matematique” Editora Dehansy, Paris, Vol. 1 (1769). Link 8. Vários Links. Mais Links.

O Médico, Filósofo Natural e Astrônomo Inglês John Bevis substituiu as lâminas de chumbo por limalha desse metal, Mas o chumbo era pesado  (e alterado pelo ar) e foi trocado por folhas de ouro, e depois por outros metais, como lâminas de cobre e  folhas de estanho. Nas Garrafas de Leyden menos antigas, folhas de alumínio foram usadas. WATSON, W.  (Autor e Tradutor do Alemão e do Inglês); JORRY, S. (Editor), “Experiences et Observations Pour Servir a L’Explication de la Nature et des Proprietés  de L’Électricité.” , Paris, França, 2a Parte,  Pág  75 (1748).

O Político, Filósofo e Filósofo Natural  Americano Benjamin Franklin estudou a Garrafa de Leyden e tentava explicar seu funcionamento. Links: 9 10, 11, 12. SCHECHNER, S. ERIttenhouse 26, 1 (2015) . COHEN, I.B. “Benjamin Franklin’s Science.” Harvard University Press, Hravard, EUA (1990).

Mesmo para Franklin,  a Eletricidade, a chamava “Fluido Único“. SCHIFER, M.B. J. Am. Hist. 93, 183 (2006). TURNS, B.F. Phys. Today 59, 42 (2006). Mas ele teve o mérito de reconhecer as cargas elétricas e sua neutralização. JENSEN, W.B. J. Chem. Educ. 82, 988 (2005). FRANKLIN, B.; HENRY, D. (Impressor); NEWBERY, F. (Editor) “Experiments and Observations on Electricity.” Londres, Inglaterra (1769).

A Hipótese do “Fluido Único” de Franklin, era um contraponto da Hipótese de que a Eletricidade era composta por dois Fluidos, de Du Faye. HARE, B. Phil. Mag. 62, 3 (1823). Químico Francês Charles François de Cisternay du Faye. DU FAYE, C.F.C. “Sur L’Electricité.Hist. Acad. Roy. Scienc. 1 (1734).

Muitos Cientistas, como Fontana, Volta,  Quincke etc… especularam sobre o papel do vidro, e o substituíram por borracha, madeira etc… Mesmo a necessidade dos metais para armazenar a carga elétrica, era questionada. Se acreditava até que o álcool em uma garrafa podia absorver e diluir a eletricidade, e funcionaria na garrafa de Leyden. Contudo, água salgada pode funcionar, pois é condutora. Mesmo água comum, KLEPINGER et al. PNAS, 107, 4505 (2010).

Em todo o caso, por  praticamente dois séculos, a Natureza da Eletricidade e como atuava, foi pouco conhecida. KOHLRAUSCH, R. Lond. Edin. Dub. Phil Trans. 7, 476 (1854). Veja GOVI e VILLARI, Loc. Cit.

Choques elétricos nas pessoas, em experimentos com as Garrafas de Leyden, não eram incomuns.

De fato, houve até acidentes fatais, como      a morte de um Cientista Russo-Germânico, Professor Georg Wilhelm Richmann, de São Petesburgo,  em 1753. WATSON, W. Phil. Trans. Roy. Soc. London, 48, 765 (1753).

Para fins de experimentação, Garrafas de Leyden modernas e artesanais podem ser feitas. Links: 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70.

As Garrafas de Leyden podiam ser associadas “em bateria”, para aumentar a capacidade de armazenamento de carga, como pode ser visto na figura que ilustra o ínicio deste artigo, ou na imagem abaixo. Fonte da Imagem: Teyler’s Museum, Holanda, (2001).

Grande Bateria de Jarras de Leyden.
Grande Bateria de Jarras de Leyden. Fonte da Imagem: Teyler’s Museum, Holanda (2001).

Capacitores de Franklin etc.

Após estudar a Garrafa de Leyden B. Franklin construiu os primeiros capacitores planos, condensadores,  duas lâminas de chumbo, separadas por uma lâmina de vidro. SMITH, G.S. Eur. J. Phys. 38, 065202 (2017). HO, J. et al. IEEE Elec. Insul. Mat 26, 20 (2010). COHEN, B.I.  “Benjamin Franklin Experiments.PH. D. Thesis . Harvard University (1947).”Quadrado de Franklin“.

FRANKLIN, B. ; HENRY, D. (Impressor); CAVE, R. (Editor). “New Experiments and Observations on Electricity.2a Ed., Parte I, Págs.  6, 16, 25 etc… (1754).  , Link 16.

Franklin, como outros, ADAMS, Loc. Cit., mesmo anos depois, VILLARI, E. Phil. Mag. 11, 541 (1881), GOVI, G. Van Nostrand’s Eng. Mag. 21, 280 (1879), NOLLET, M.; GUERÍN, H.L.; DELATOUR, L.F. (Editores); “Lettres Sur L’Électricité.” Paris, França Vol. II, (1760), também acreditavam que a eletricidade era armazenada no vidro.

Os condensadores de Franklin foram estudados, usados e aperfeiçoados por muitos Cientistas, dentre os quais Volta, Faraday, Davy e Priestley.

O Filósofo Natural, Matemático e Físico Alemão Franz Ulrich Theodor Aepinus testou substituir a água, álcool ou metais pelo ar. e “inventou o condensador a ar“. Ele acreditava que, o ar seria mais permeável à eletricidade. COHEN, I.B. Isis 72, 480 (1981). HOME, R.W.;  CONNOR, P.J. (Tradutor). “Aepinu’s Essay on the Theory of Electricity and Magnetism.” Princeton University Press, Princeton. EUA (1979).

Foi o Físico e Químico Inglês Michael Faraday quem descobriu que a eletricidade era armazenada  na superfície das placas e não no vidro, ou no dielétrico, ar. FARADAY, M. Phil. Trans. Roy. Soc. London 128, 79 (1838). FARADAY, M. Lond. Edin Dub. Phli. Mag. 14,34 (1839); BRUSSO, B.;  CHAPARALA, S. IEEE Ind. App. Mat. 20, 8 (2014)

Mas a carga armazenada dependia da natureza do dielétrico. GAUGAIN, M.J.M. Lond. Edin. Dub. Phil. Mag. 25, 556 (1863). GAUGAIN, M.J.M. Lond. Edin. Dub. Phil. Mag. 21, 539 (1861). GAUGAIN, M.J.M.  Lond. Edin. Dub. Phil. Mag. 23, 245 (1862).

Na realidade, o que pode ficar no dielétrico é o campo elétrico,  link 63, veja este vídeo, se o dielétrico for um líquido ou um gás. GROSS, B. Am. J. Phys. 12, 324 (1944). ROYS, H.C. Sch. Scienc. Math. 25, 407 (1925).

Faraday, além de descobrir que a eletricidade era armazenada mais  na superfície das armaduras, eletrodos,do que no isolante, também desenvolve  o conceito de dielétrico e capacidade dielétrica

Ele inventa o primeiro tipo de capacitor variável, o “Condensador Esférico” de Faraday. Links: 46, 47, 48, 49, 50. 51. Eis uma Figura, uma imagem de um. Com esse aparelho, Faraday mostrou que a Eletricidade era uma energia e não um fluido. Como pensavam os antigos. Mas de fato, eletricidade é um fluxo de elétrons, um fluxo de carga, que não é exatamente uma energia.

FARADAY, M. “Experimental Researches on Electricity.”  “Abstracts of the Papers Printed in the Philosophical Transactions of the Royal Society of London;” Série 12,  Vol. 4, 49-52 (1837-1843).

Esses estudos sobre a indução e a natureza do fluxo de corrente elétrica, fluxo de elétrons, e campos magnéticos e elétricos, culminariam com a descoberta do elétron, pelo Inglês Joseph John Thomson e o equacionamento das ondas de rádio, pelo Físico e Matemático Escocês James Clerk Maxwell. ISOLA, V.; MARTINS, R.A. “Relatório. História do Eletromagnetismo.” Instituto de Física, UNICAMP.

THOMSON, J.J.; MAXWELL, J.C. “Notes on Recent Researches in Electricity and Magnetism.” Clarendon Press, Oxford. Inglaterra (1893). THOMSON, J.J. Lond. Edin. Dub Phil. Mag. 44, 293 (1897). PDF Comentado. MAXWELL, J.C. Phil. Trans. Roy. Soc. London 155, 459 (1895). MAXWELL, J.C. “Electrodynamics.“, PDF Comentado.

Em 1782, o Filósofo Natural, Médico, Químico e Físico Italiano Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, foi quem batizou de “Condensadores” esses dispositivos. Link 13. VOLTA, A. Phil. Trans. Roy,. Soc. London 72, 237 (1782). Link 14. 15. VOLTA, A. ; NICHOLS, J. (Editor) “Of the Method of Rendering Very Sensible the Weakest natural or Artificial Electricity.” Londres, Inglaterra, Págs: 48, 49, 54,55,65. 66.67 (1782).

Lembrando que Volta também desenvolveu a geração de eletricidade por via química, por contato de metais diferentes. É a famosa “pilha elétrica”, que ele inventou. VOLTA, A.; BANKS, J. Phil. Mag. 7, 289 (1800).

Vale lembrar que é uma oposição muito controversa, (veja várias referências) , à Hipótese da “Eletricidade Animal” ou “Galvanismo“, do Médico, Físico e Filósofo Natural Italiano Luigi Galvani. Obras coletadas e publicadas em detalhe pouco antes  e mesmo depois, de sua morte. GALVANI, L.; SPALLANZANI, L. (Examinador) “Memorie Sulla Ellectricità Animale.” Editora Stampe Del Sasse, Bolonha, Itália (1797). GALVANI, L. “Opere Edite e Inedite de Luigi Galvani.” Editora: Accademia Delle Scienze Del’Instituto di Bologna. Tipografia: Emidio Dall’Olmo, Bolonha, Itália (1841).

A favor, inicialmente do Galvanismo, por exemplo, o famoso Químico Inglês Humphry Davy. DAVY, H. Phil. Mag. 11, 326 (1802). Mas depois o atribuiria a fenômenos químicos. DAVY, H. Phil. Trans. Roy. Soc. 97, 1 (1807).

John Dalton também aceitava o Galvanismo. DALTON, J; DAVY, H. ; HENRY, W. (Examinadores). “New System of Chemical Philosophy.” Editora Russel & Allen, Manchester, Inglaterra (1810). Assim como o sobrinho de Galvani, Giovanni Aldini. ALDINI, G. “De Animali Electricitate Dissertationes.” Editora Typographia Instituti Scientiarum, Bolonha, Itália (1794)  .

O nome “Capacitor” foi pouco a pouco sendo mais usado só após 1926, Outro Link, mas muito lentamente. Quando eu era menino, nos anos 60, o nome “Condensador” era ainda o mais usado no Brasil. O termo “Capacitor” só foi popularizado no fim da década de 60.

Em 1853, o Físico e Astrônomo Francês Armand Hippolyte Louis Fizeau construiu um capacitor simples, feito com um dielétrico e eletrodos de folhas finas  de estanho. FIZEAU, M. Compt. Rend. Hebdo. Acad. Seanc.  France, 418 (1853). FIZEAU, M. Lond. Edin. Dub. Phil. Mag. 5, 537 (1853). GRAFTON, C. “History of Induction…” Editora: The Intelligencer Printing House, Washington, EUA, Págs. 121 e outras (1867).

Ele o usou para aumentar a eficiência das bobinas de indução. MIZUNO, T. Lond. Edin. Dub. Phil. Mag.  45, 447 (1898). GREFFE, F. Académie des Sciences de France, Fonds 64 J, Hippolyte Fizeau , Paris, França, Pág. 3  . GREENSLADE, Jr., Phys. Teach. 59, 689 (2021).

Heinrich Daniel_Ruhmkorff  (Eletricista e Mecânico Alemão) aperfeiçoou a bobina de indução em 1851. Citado na Ref. 63 por RUBIN, M.B. Bull. Hist. Chem. 26, 40 (2001). Ela havia sido inventada pelo Pastor, Filósofo Natural e Cientista Irlandês Nicholas Callan. CALLAN, N.  Lond. Edin. Dub. Phil. Mag. 9, 472 (1836). CALLAN, N. “Electromagnetic Repeater. Ann. Elect. Mag. Editora: Sherwood, Gilbert & Piper, Londres, Inglaterra, Vol. 1 ,  Pág 229 (1837).

Alguns autores creditam melhoramentos ( e uso médico) da bobina de indução ao Médico, Químico e Físico Americano Charles GraftonGRAFTON, C. “History of Induction. American Claim to Induction Coil and Its Electrostatic Developments.” Editora Salzwasser Verlag. Frankfurt e Main, Alemanha, Reprint do original (1867), Republicado em (2021). LAUWER, C.E. (2015).

O condensador de Fizeau usava armaduras feitas de folhas de estanho finas e operava em alta tensão.

3.  EVOLUÇÃO DOS CAPACITORES:

Capacitores de Papel, Papel Encerado e Óleo:

Até 1900, os capacitores de placa de vidro eram os únicos tipos práticos e usados. Foi o advento do rádio, que impulsionou o desenvolvimento dos capacitores. que foram sendo modernizados e reduzidos em tamanho. COLLINS, J.R. Electronics World (1963).

Várias fotos de capacitores antigos podem ser vistos nesse Artigo. HO, J.; JOW, T.; BOGGS, S.  IEEE Elec. Insul. Mag. 26, 20 (2010). E no link 56.

Em 1876, foram patenteados os capacitores de papel encerado, mas não eram ainda muito usados. As placas eram de lâmina fina, papel de estanho ou alumínio, e  dielétrico era uma folha de papel manteiga, encerada com cera de abelha. FITZGERALD, D.G. Patente Inglesa, 3466 (1876). Também se usou a parafina. Também existiram capacitores  de papel metalizado.

A introdução da tecnologia eletrônica, rádios valvulados, transmissores etc… impuseram uma necessidade de desenvolvimento de capacitores mais eficientes e menores em tamanho, e  que pudessem operar em altas frequências.

Mas Marconi ainda usou   vários capacitores de papel encerado.  BAKER, W.J. “A History of the Marconi Company.“; Editora: Routledge, Ahingdon, Oxford, EUA (1970 e 2002). Além de porcelana e mica, para altas voltagens e frequências.

De fato, sabe-se que Marconi construia seus  próprios capacitores de papel. MARCONI, G. Scientific American  Supp., 1783, 156 (1910). Depois passou a usar os de porcelana (cerâmica) e mica.

Antigos Capacitores de papel encerado . Fonte da Imagem Radio Museum.

Velhos Capacitores de Papel e a Óleo.

Um melhoramento dos capacitores de papel, são os capacitores a óleo, capacitores com dielétrico de papel e o invólucro fechado com um óleo isolante.  Capacitores a óleo foram  relativamente satisfatórios, nos primórdios da Eletrônica.

Os primeiros capacitores a óleo empregavam folha de estanho ou de alumínio, para os eletrodos e o dielétrico era composto de folhas de papel manteiga ou Kraft, embebidos em óleo mineral (vaselina líquida). Antes da vaselina líquida, usaram óleo de rícino. Links: 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25.

As primeiras patentes de capacitores a óleo: DUBILIER, W. Patente Alemã DE582049C (1926-1933); VÁRIOS AUTORES, Patente Alemã DE513869C (1929-1930).

Imagens de capacitores a óleo.

Existiram tipos, modelos, fabricados pela empresa Cherry (originária do Japão, mas existiu no Brasil). Link 36. Outro Formato de capacitores relativamente modernos, a óleo.

Ainda são encontrados no comércio , exemplo, e úteis em aplicações em alto-falantes, guitarras e aparelhos de som e outros circuitos de áudio.

Nos anos 60 o uso de, capacitores de papel e a óleo, ainda era bem comum nos rádios e TVs valvulados. Durante minhas primeiras manutenções de aparelhos eletrônicos, eu vi e usei muitos!

Capacitores de Mica Prateada e Cerâmica:

O Inventor Americano William Dubilier  , com base em uma antiga patente do Engenheiro Servo-Croata Nikola Tesla, TESLA, N. Patente Americana, US 464.667 (1891), Link 2661. Desenvolveu os primeiros capacitores de mica prateada (um mineral que tem propriedades dielétricas, isolantes). O prototipo é de 1909.

Duas camadas de prata, em lados opostos, sobre um suporte dielétrico de mica, em placas ou flocos. DUBILIER, W. Patente Americana, US1768441A (1926). DUBILIER, W. Patente Americana, US145578A (1921-123).

Eles são eficientes para o rádio, porque operam em frequências altas. Até hoje considerados os melhores para o uso em altas frequências e rádio.

Antigos capacitores de mica prateada, com invólucro em baquelite e outras resinas fenólicas. Fonte da Imagem: Universal Radio. Na outra figura, capacitores de mica com dois terminais. Eram chamados de “Capacitores Castanha“. Fonte da Imagem: Ebay.

Antigos Capacitores de Mica Prateada, Para Uso em Aparelhos de Rádio. Invólucro de Baquelite.
Antigos Capacitores de Mica Prateada, Para Uso em Aparelhos de Rádio. Invólucro de Baquelite.
Capacitores de Mica de Dois Terminais, Antigos. Para Alta Frequência ou Alta Voltagem.
Capacitores de Mica de Dois Terminais, Antigos. Para Alta Frequência ou Alta Voltagem.

Formatos e Teoria sobre os capacitores de mica modernos. RITTER, L. “Capacitor de Mica.” (2018-2021).

Os capacitores cerâmicos (o dielétrico é uma cerâmica isolante).

Os primeiros foram usados em rádio, frequências altas, já ao tempo de Marconi (Guglielmo Giovanni Maria Marconi ) . Links: 27, 28, 29, 30. A porcelana comum era usada como dielétrico.

Várias cerâmicas foram experimentadas como dielétrico, até 1941, quando descobriu-se que a melhor cerâmica para usar em capacitores é a de titanato de bário, BaTiO3. THURNAUER, H.; DEADRICK, J. Patente Americana US242958A (1941-1947). OSHRY, HI; Patente Americana US2695239A (1951-1954).

Nos primeiros capacitores cerâmicos, o dielétrico era geralmente um tubo de porcelana ou cerâmica, como este da imagem C2 (fonte da imagem): The Electric Web Matrix of Digital Technology, TEWM.

Capacitores Cerâmicos Antigos,
Capacitores Cerâmicos Antigos, C2 a C4. C1 é um pequeno capacitor moderno de poliestireno.

Os capacitores de cerâmica atuais, em geral são em forma discoide, e são muito usados em altas frequências de radiocomunicação e em filtros de linha, desacoplamento de sinais etc… Tem a capacitância muito estável e são muito duradouros. São os famosos “Capacitores de Disco Cerâmico“. Muito conhecidos, vendidos e usados. Quem já abriu um “radinho de pilha” vai vê-los!

Capacitores Cerâmicos atuais. Veja foto anterior, C3 e: fonte da Imagem, Globetech, Brasil:

Capacitores de Disco Cerâmico Atuais, Encontrados no Comércio Brasileiro.
Capacitores de Disco Cerâmico Atuais, Encontrados no Comércio Brasileiro.

Capacitores Combinados:

Existem tipos de capacitores especiais, que combinam várias tecnologias. Por exemplo, estes da Jensen , combinam eletrodos em cobre e prata, com dielétricos de cerâmica, papel e óleo. Fonte da Imagem: JUNKYARD, J. , Blog Pessoal (2012). A Jensen era uma empresa da Dinamarca, especializada em capacitores para aplicações de áudio, que encerrou suas atividades em 2019.

Capacitor Para Áudio, Combinando Eletrodos de Cobre, Fios de Prata e Dielétricos de Papel, Óleo e Cerâmica.
Capacitor Para Áudio, Combinando Eletrodos de Cobre, Fios de Prata e Dielétricos de Papel, Óleo e Cerâmica.

4.  CAPACITORES ELETROLÍTICOS E DE TÂNTALO, ETC…:

Extensamente usados quando se requer alta capacitância, em tamanho relativamente pequeno.

Em  1897, o Eletrotécnico (e fabricante de baterias) Polonês Karol Franciszek Pollak (depois Charles Pollak) patenteou um dispositivo capacitor onde eletrodos de alumínio formavam uma capa isolante, dielétrica, de óxido, quando submetidos à eletrólise em um eletrólito alcalino líquido. POLLAK, C Patente Alemã 92564 (1896).

O antecessor comercial dos capacitores eletrolíticos (História) foi o dispositivo inventado em 1925, pelo Engenheiro  Americano Samuel Ruben. RUBEN, S. Patente Americana,  US1774455A (1925-1930). Ele teve a ideia de colocar um eletrólito líquido dentro de um capacitor de mica, para diminuir a resistência interna.

Mas os dispositivos não eram práticos, devido ao eletrólito líquido. A companhia de Dubelier (dos capacitores de mica), fez experimentos com capacitores eletrolíticos, em 1928.

Os primeiros capacitores eletrolíticos industrializados e comerciais surgiram em 1929-1931. são compostos por um recipiente de alumínio (um dos eletrodos) e o outro eletrodo são folhas de alumínio enroladas, e imersas em uma solução de Bórax (borato de sódio). Tinham um selo de segurança, que se rompia em caso de necessidade, por causa  presença do hidrogênio formado na eletrólise. LILIENFELD, J.E. Patente Americana US1920799A (1929-1933). Após 1936, a Cornell-Dubelier os industrializou em larga escala.

Veja como eles eram.

Nos eletrolíticos modernos, é necessário tomar cuidado para evitar formação excessiva de hidrogênio.

Esquema de um capacitor eletrolítico atual. Fontes da Imagem: Desterro Eletricidade e Mundo da Elétrica.

Esquema da Parte Interna de um Capacitor Eletrolítico de Alumínio.
Esquema da Parte Interna de um Capacitor Eletrolítico de Alumínio. À esquerda, Dois Eletrolíticos Modernos.

Capacitores eletrolíticos são polarizados e só funcionam em corrente contínua. Isso decorre de seu funcionamento. Em corrente alternada, a camada de óxido dielétrico não se formaria ou seria decomposta.

Nos últimos anos, tem surgido capacitores eletrolíticos para serem ligados direto em corrente alternada, para partida de motores. Mas eles tem diodos retificadores internos. Fonte da Imagem, JL Capacitores. Brasil. Ou pode-se ligar diodos retificadores a eles. BRAGA, N.C., Instituto NCB (2011).

Existem alguns que são diferentemente construídos, tem dois anodos, dois catodos, ligados de modo a ficarem não polarizados, e tem duas celas para o eletrólito. GABLES, H. Patente Americana US2982891A (1958-1961).

Capacitor Eletrolítico de Grande Capacidade, Para ser Ligado em Corrente Alternada.
Capacitor Eletrolítico de Grande Capacidade, Para ser Ligado em Corrente Alternada.

Nos capacitores eletrolíticos atuais, o corpo em geral é cilíndrico, mas os terminais podem ser bem diferentes e serem fios, axiais, radiais, ou mesmo linguetas ou conectores. Veja a variedade de formatos possíveis. Link 31. 32. 33.

Eles são muito usados, principalmente como filtros, em fontes de alimentação de rádios, fornos de micro-ondas, diversos aparelhos. Sempre que ser quer trabalhar com tamanho relativamente pequeno e grande capacidade. Capacitores Eletrolíticos de Potência.

Capacitores de Tântalo:

São capacitores eletrolíticos com os eletrodos, armaduras, de tântalo, que é um metal raro, do grupo periódico do vanádio e do nióbio.

O primeiro capacitor eletrolítico de tântalo foi patenteado em 1930. SCHWEIKERT, G. Patente Alemã DE607083C (1930-1934).

Mas eles só se tornariam importantes após 1950, após a invenção do transistor,  capacitores  construídos pelos Laboratórios Bell, pois necessitavam de capacitores de pequeno tamanho, capazes de funcionar em baixas tensões e com grande capacidade. Patentes: SCHWARTZ, N. Patente Americana, US2981647A (1958-1961). BUBRISKI, S.W. Patente Americana US2862155A (1953-1958). MILLARD, J.L. Patente Americana US2936514A (1955-1960).

Os atuais capacitores de tântalo são usados em aparelhos eletrônicos miniaturizados, pois reúnem alta capacidade e pequeno tamanho físico.

O invólucro deles é característico e conhecido como “gota”.

Capacitores de Tântalo em Formato de "Gota".
Capacitores de Tântalo em Formato de “Gota”. Fonte da Imagem: Blog Eletrônica Pratica (2013).

5.  CAPACITORES  DE FILME PLÁSTICO:

Capacitores de Poliéster Metalizado e Polipropileno:

O primeiro capacitor com dielétrico de filme plástico, foi patenteado por Mansbridge, em 1900. MANSBRIDGE, G.F. Patente Americana, US697507A (1900-1902).

Foram sendo aperfeiçoados por vários pesquisadores e companhias, mas eram muito mais usados em telefonia, do que no rádio. Os plásticos experimentados, o Mylar, o PET (polietileno tereftalato), vários outros, e até um papel resinado com plástico.

Culminou no que hoje chamamos o moderno “Capacitor de Poliéster Metalizado”.

Esse poliéster, patenteado pela General Electric , é um tipo de PET com mais polimerização cruzada e mais resistente. Patente do plástico: PRECOPIO F.M.; FOX, D.W. Patente Americana  US2936296A (1954-1960). Patente do capacitor, na sua forma de construção moderna, General Electric. KATCHMAN, A. Patente Americana, US3259816A (1963-1966).

No Brasil, ao menos (pois eu não tinha acesso antigamente a componentes eletrônicos importados), comecei a ver muitos Capacitores de Poliéster Metalizado a partir de 1967.

Desde os anos 70, são o tipo  de capacitor mais usado nas montagens eletrônicas e aparelhos comerciais.

Os invólucros podem ter várias cores, mas tem um aspecto característico, como pode ser visto aqui.

Capacitores de Poliéster metalizado, fonte da imagem: Burgos Eletrônica, Brasil. Outras imagens, muitas. Para Alta Voltagem.

Capacitores de Poliéster de 100 nF , Para 250 V.
Capacitores de Poliéster de 100 nF , Para 250 V.

Hoje em dia, são usados outros plásticos como dielétricos. Assim temos os capacitores metalizados  de Polipropileno (Figuras), Polietileno (Capacitores de Polietileno) etc…

Um tipo muito usado de capacitor de polipropileno metalizado. São os capacitores de partida, para ventiladores, exaustores, motores, máquinas de lavar, aparelhos de ar condicionado e refrigeradores. Link 71.  Imagens nos links: 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45. 60. Geralmente não são polarizados e podem ser ligados diretamente à corrente alternada.

Capacitores de Poliestireno. Styroflex e Relacionados.

A patente original é de 1954. PECK, D.B.; LOCKHART, R.J. Patente Americana US2887634A (1954-1959). Popularizados após 1959.

No Brasil conhecidos como capacitores Styroflex. Outro Link. Uma de suas marcas registradas. Seu aspecto é muito característico. Veja também outras imagens.

Capacitores de Poliestireno, Styroflex.
Capacitores de Poliestireno, Styroflex. Fonte da Imagem: BIASComp, Brasil.

Estáveis e muito duradouros, eu usei muito. São ótimos para aplicações de frequências altas e radiofrequência. São muito leves. Desvantagens, são frágeis e necessitam cuidados ao soldar os terminais, pois não suportam muito calor.

Relacionados com os Styroflex , são os capacitores de policarbonato como dielétrico. Tem vantagens como: alta precisão, baixo desvio da capacitância reportada, ausência de perdas e ampla faixa de tensão, entre 60 e 1200 volts.

O Policarbonato é um plástico derivado de ácido tereftálico polimerizado. É muito usado em coberturas e toldos (por sua resistência) e por ser filtro solar,  em lentes protetoras da visão contra UV.

Os policarbonatos foram patenteados em 1955-1956 para uso como suporte transparente e não combustível, para filmes fotográficos e cinematográficos, em substituição ao acetato de celulose e à nitrocelulose.

Na mesma época foram descobertas suas propriedades ótimas como isolante elétrico e material dielétrico. SCHNELL, H. Patente Alemã, DE!)16784B (1955-1957).

A primeira patente de um capacitor usando policarbonato como dielétrico, foi em 1964. ROBINSON, H.B.; VALLEY, D.J. Patente Americana US3264536A (1964-1966).

No Brasil, eles eram recomendados e vendidos, por serem insensíveis ao calor. e aceitarem uso  a mais de 100 °C.

Um capacitor de policarbonato, marca Southern ElectronicsEletrocube, EUA. Fonte da Imagem: Tedss.com, EUA. Outra Figura de Capacitor de Policarbonato.

Um Capacitor de Policarbonato, de Fabricação Americana.
Um Capacitor de Policarbonato, de Fabricação Americana.

Eu vi vários nos anos 1990 a 2000, mas por seu alto custo, praticamente sumiram do mercado Brasileiro e mesmo Mundial. Quase não são mais encontrados no comércio.

5.  RESUMO, COMPLEMENTOS E CONCLUSÃO:

Neste Artigo, vimos a História dos capacitores, condensadores elétricos, e os principais tipos desses componentes eletrônicos muito importantes e utilizados.

Entretanto, ouve ou ainda há, outros tipos, tanto experimentais como especiais ou fabricados e usados. Capacitores Eletrolíticos de titânio, e nióbio. Outro Link. Outro. Supercapacitores. Capacitores Multicamada. Capacitores variáveis, usados na sintonia de rádios. Links: 52, 53, 54, 55. Veja também capacitores ajustáveis.

O presente Artigo foi escrito em Sistema Operacional Sabayon Linux usando Navegador Firefox Experimental Nightly versão 100 Alfa 1. Usando procedimentos descritos neste Artigo.

As referências bibliográficas foram pesquisadas pelos métodos que descrevi neste outro Artigo.

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