CAPACIDAD

Se define capacidad C de un condensador como la relación entre la magnitud de la carga Q de uno cualquiera de los conductores y la diferencia de potencial Vab entre ellos. (Capacidad - qsionimos.com)

La capacitancia es la propiedad de un circuito eléctrico, o elemento del circuito, para retardar un cambio en el voltaje que pasa a través de él. El retardo es causado por la absorción o liberación de energía y está asociado con un cambio de la carga eléctrica.

En la mayoría de los casos, los conductores suelen tener cargas de igual magnitud y signo opuestos, de modo que la carga neta del condensador es nula. Entonces el campo eléctrico en la región comprendida entre los conductores es proporcional a la magnitud de esta carga y por tanto la diferencia de potencial Vab entre los conductores es también proporcional a la magnitud de carga Q.

De esta definición se deduce que la mitad de capacidad es el coulomb por volt (1C/V). Una capacidad de un coulomb por volt se denomina farad (1F) en honor de Michael Faraday. Como el farad es una unidad de capacidad grande se utilizan unidades de tamaño más adecuado, como el microfarad (1mF= 10^-6 F) o el picofarad (1pF=10^-12F).

Cuando se dice que un condensador tiene una carga Q, significa que la carga del conductor de mayor potencial es Q y la de menor potencial es -Q.

1.1-El Condensador.

Dos Conductores cualesquiera separados por un aislador se dice que forman un condensador. El parámetro de circuito de la capacidad se representa con la letra C y se mide en Faradios.

Un Condensador se representa por el símbolo:

Las unidades de medida utilizadas en los condensadores es la descrita en el penúltimo párrafo del apartado anterior.

De la ecuación de capacidad anterior surgen dos observaciones importantes.

Primero, el voltaje no puede cambiar de forma instantánea en las terminales del condensador. Dicha ecuación indica que este cambio produciría una corriente infinita, lo que físicamente es imposible.

Segundo, si el voltaje en las terminales es constante, la corriente en el condensador es cero. Esto se debe a que no se puede establecer una corriente de conducción en el material dieléctrico del condensador. La corriente de desplazamiento solo se puede producir con un voltaje que varíe con el tiempo. Por lo tanto un condensador se comporta como un circuito abierto si el voltaje es constante

Los condensadores tienen muchas aplicaciones en circuitos eléctricos. Se utilizan para sintonizar los circuitos de radio, para suavizar la corriente rectificada suministrada por una fuente, para eliminar la chispa que se produce cuando se abre repentinamente un circuito con inductancia. El sistema de encendido de los motores de un coche tiene un condensador para eliminar chispazos al abrirse y cerrarse los platinos.

1.2-Acción de carga.

Si dos conductores separados por un material aislante, como el aire, el papel, el caucho, el plástico o el vidrio, se conectan a un generador de CC o a una batería, los electrones libres en el material conductor se orienta en la dirección de la tensión de excitación.

La batería que actúa como una bomba de electrones transfiere algunos de estos electrones libres del conductor A al conductor B. La transferencia de electrones hace que el conductor B sea cada vez más negativo y el conductor A cada vez más positivo. Así se crea una diferencia de potencial entre los conductores.

Del material que pierde electrones se dice que está cargado positivamente y del que gana electrones se dice que está cargado negativamente.

Si el proceso de carga continua, con el tiempo el conductor B llegará a estar lo suficientemente cargado negativamente como para evitar transferencia adicional de electrones. Cuando esto ocurre, el voltaje medido del conductor A al conductor B es igual y opuesto a la tensión de excitación.

La rapidez del movimiento de los electrones está limitada por la resistencia de los materiales conductores. Por lo tanto, el proceso de carga requerirá de más tiempo si se utilizan materiales de resistencias más altas.

1.3-Energía almacenada en un condensador,

El proceso de transferencia de carga eléctrica de una placa del condensador a la otra, produce una acumulación de energía. Esta energía en forma de cargas eléctricas desplazadas, permanece almacenada por algún tiempo después de que se desconecta la tensión de excitación. La cantidad de energía almacenada en el condensador depende de la capacitancia y del voltaje a través de él, elevado al cuadrado. Por consiguiente:

En donde Wc= Energía acumulada en el condensador, joules (J)

C= Capacitancia, farads (F)

Vc= Voltaje medido entre placas de polaridad opuesta, volt (V)

La energía almacenada en el condensador no se libera en el instante en que éste se desconecta del generador. La duración de la carga depende de factores tales como la resistencias del dieléctrico, la constante dieléctrica, la superficie de dispersión la humedad y la radioactividad del ambiente

1.4-Condensador de placas paralelas.

El tipo de condensadores más frecuentes consiste en principio en dos placas conductoras paralelas y separadas por una pequeña distancia. Todo el campo del condensador está comprendido entre estas dos placas, y las cargas sobre estas placas están distribuidas uniformemente sobre sus superficies opuestas. Esta disposición se conoce como condensador de placas paralelas.

En los circuitos de radio se utilizan con mucha frecuencia condensadores variables capacidad puede variar. Estos condensadores suelen tener cierto número de placas metálicas paralelas fijas conectadas entre sí que constituyen una "placa" del condensador, mientras que un segundo juego de placas móviles (también conectadas entre sí) forman la otra "placa".

Las placas móviles están montadas en un eje y pueden interlaminarse entre las fijas con mayor o menor extensión. El área efectiva del condensador es la de la porción interlaminada de las placas. Un condensador variable se representa por el símbolo:

1.5-Condensadores en serie y en paralelo.

En la figura 1 se ha conectado en serie dos condensadores entre los puntos a y b, que se mantienen a una diferencia de potencial constante Vab. Inicialmente ambos condensadores están descargados. En esta conexión, los dos condensadores tienen la misma carga Q. Podría plantearse la cuestión de que la placa inferior C1 y la superior C2 tuvieran cargas diferentes que las otras placas, pero en ese caso la carga neta de cada condensador no sería nula y el campo eléctrico resultante en el conductor de unión de los condensadores ocasionaría un flujo de corriente que circularía hasta reducir a cero la carga total de cada uno. Por consiguiente, en una conexión en serie la magnitud de la carga de todas las placas es la misma.

Figura 1:

En base a la figura 1 tenemos que:

La Capacidad equivalente C de una combinación en serie se define como la de un solo condensador de carga Q igual a la de la combinación, cuando la diferencia de potencial V es igual.

En la figura 2 hay dos condensadores conectados en paralelos entre los puntos a y b. En este caso la diferencia de potencial Vab=V es la misma para ambos, y las cargas y no son necesariamente iguales, son:

La carga total suministrada por la fuente es:

La capacidad equivalente c de una combinación en paralelo se define como la de un solo condensador cuya carga total es igual que la de la figura 2 en su primera parte.

Figura 2:

1.6-Efecto de un dieléctrico.

La mayor parte de los condensadores tienen entre sus placas un material sólido no conductor o dieléctrico. Un tipo normal de condensador son los constituidos por tiras de chapa metálica, que constituyen las placas, separadas por tiras de papel parafinado o láminas de plástico como el mylar, que actúan de dielectro.

En los condensadores electrolíticos el dielectro es una película finísima de un oxido no conductor situada entre una placa metálica y una disolución conductora. Debido al pequeño espesor del dielectro, condensadores electrolíticos de dimensiones relativamente pequeñas pueden llegar a tener entre 100 y 1000 mF.

La capacitancia de un condensador de dimensiones dadas es mayor cuando hay un dielectro entre las placas que cuando están separadas por el aire o por el vacío. Este efecto puede demostrarse con la ayuda de un electrómetro sensible, un dispositivo que puede medir la diferencia de potencial entre dos conductores sin que pase carga alguna de uno a otro.

Un condensador está cargado con una carga Q y una diferencia de potencial Vo. Cuando se sitúa entre las placas una lámina de dielectro como parafina, vidrio o poliestireno, se observa que la diferencia de potencial disminuye hasta un valor V. Al quitar el dielectro, la diferencia de potencial vuelve a su valor inicial, lo que demuestra que las cargas iniciales de las placas no han sido afectadas por la inserción del dielectro.

La capacitancia inicial del condensador Co, era:

Como Q no varía y se observa que V es menor que Vo, se deduce que C es mayor que Co. La relación entre C y Co se llama constante dieléctrica del material K.

Como C siempre es mayor que Co, las constantes dieléctricas de todos los dielectros son mayores que la unidad.