Condensadores

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Condensadores

  1. 1. Luis Gonzalo Revelo Pabón 1 I.E.M. María GorettiEXPLICACION DE CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTOUn condensador almacena y circula energía eléctrica, a través de él. De igual manera como ocurrecon un tanque de almacenamiento de agua, en él se almacena y circula agua.A un condensador se lo puede concebir como a un depósito de energía, de la misma manera co-mo imaginamos al tanque de agua, que al aplicarle por uno de sus terminales una corriente eléctri-ca fluyen electrones que entran por el terminal del condensador llenándolo de esta manera com-pletamente (así como el flujo de agua entra por el tubo de entrada del tanque y después de untiempo observamos que el tanque se encuentra lleno totalmente).Una vez que el agua haya alcanzado el tope del tanque de abastecimiento, pueden suceder doscasos a saber: El primero caso es que la corriente de electrones siga circulando, en el con- densador a pesar de que está lleno (la corriente de agua sigue circulando a pe- sar de estar el tanque de agua lleno). En este caso el condensador (el depósi- to de agua) no afecta para nada al paso de la corriente, ya que al estar cargado (el tanque está lleno de agua) no necesita más energía (no necesita más agua), En el segundo caso consiste en dejar circular la corriente de electrones (se deja circular la corriente de agua). en el momento en que el condensador (el tanque) comienza a "soltar" su energía, (agua) siempre y cuando tiene a quien "soltarla", es decir, siempre y cuando el con- densador (el tanque) esté conectado a "algo". En el caso de no tener a quien "soltar" esta ener- gía almacenada, (agua almacenada) esperaría pacientemente a quien conectarlo para cederla.Advertencia: Muchas veces nos informan que es sumamente peligro "destripar" aparatos eléctricosviejos como televisores o equipos musicales, incluso estando desenchufados. La explicación deeste consejo se debe precisamente a que estos aparatos eléctricos poseen condensadores muygrandes, en capacidad de almacenamiento eléctrica, capaces de almacenar la suficiente energíacomo para propiciar una descarga eléctrica nada recomendable. CAPACIDAD ELÉCTRICA (C)Es llamada también “Capacitancia”, es una magnitud escalar que indica cual es la carga que puedealmacenar un conductor por unidad de potencial eléctrico. Es decir:C: capacidad eléctricaQ: carga eléctrica de una de las placas o conductor.V: diferencia de potencial entre los dos conductores.UNDADES DE LA CAPACIDAD ELÉCTRICASi en la ecuación para calcular la capacidad eléctrica (C) se hace que la carga sea igual a Q= 1coulomb y la diferencia de potencial sea igual a V= 1 Voltio, entonces se obtiene la unidad de medidade la Capacidad eléctrica, llamada 1 Faradio, llamado así en honor a Michael Faraday. Unidades de capacidad
  2. 2. Luis Gonzalo Revelo Pabón 2 I.E.M. María Goretti Como el Faradio es una unidad de medida de capacidad eléctrica muy grande, entonces se utiliza los submúltiplos del Faradio que son: -3 mF = milifaradio = 10 F -6 µF = microfaradio = 10 F -9 Submúltiplos: nF = nanofaradio = 10 F -12 pF = picofaradio = 10 F EL CONDENSADORUn condensador está constituido por dos conductores (armaduras) separados por un aislante odieléctrico, cuyos conductores están igualmente cargados de electricidad pero signo contrario.Los condensadores son dispositivos eléctricos que se encuentran adentro de los radios, estéreos oen las plaquetas de las computadoras y se parecen a estos dibujos:¿Para qué sirve un condensador? Un condensador sirve para almacenar carga eléctrica, el condensa-dor es como un recipiente que contiene a la carga eléctrica en su parte interna.Se llama condensador porque tiene la capacidad de almacenar carga eléctrica, cuya cantidad d ealmacenamiento depende de su capacidad. El condensador también recibe el nombre de "C apacitor”. Los condensadores se clasifican según la forma geométrica de los conductores o armaduras en: Planos, Cilíndricos, y Esféricos. CONDENSADOR PLANO Un condensador de caras planas es un dispositivo que posee dos placas planas de metal, separadas por un aislante o dieléctrico donde cada una de ellas tiene cargas eléctricas iguales pero de signo contrario,(+Q,-Q) que se encuentran separadas a una distancia muy pequeña r, de tal manera que entre ellas se origina un campo eléctrico uniforme y constante E. Por lo tanto entre las dos placas de metal existe una diferencia de potencial (V=VB-VA). Gráficamente sería algo así:
  3. 3. Luis Gonzalo Revelo Pabón 3 I.E.M. María Goretti La capacidad del condensador de caras planas está definida por: Pero: V=VB-VA EntoncesMATERIALES DIELÉCTRICOS Los materiales dieléctricos son aquellos que no conducen la electricidad, por lo tanto se los usa co- mo aislantes eléctricos. Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tienen diferentes grados de permitivi- dad (diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico). Los materiales dieléctricos pueden ser: sólidos, líquidos, o gases. CONDENSADOR SIN DIELÉCTRICO El condensador más sencillo que existe se compone de dos láminas planas conductoras y paralelas, con car- gas iguales, de signo contrario y sin dieléctrico es decir entre las dos láminas o armaduras solamente existe el vacío o el aire, separadas una distancia muy pequeña. Este tipo de condensador recibe el nombre de conden- sador plano. Si VA y VB son los potenciales de las placas metálicas la intensidad del campo eléctrico entre ellas es E, enton- ces la diferencia de potencial entre las láminas viene dada por VB - VA = E.r ………………(1) Por otra parte, la intensidad del campo eléctrico entre las dos placas metálicas paralelas está definido por: ………………(2) Siendo el coeficiente de permisividad del espacio vacío, Q la carga de una de las láminas toma- da en valor absoluto y A representa el área de una de dichas láminas. Remplazando (2) en (1) se tiene: ………………(3) Ahora, si designando por C0, la capacidad del condensador sin dieléctrico se tiene por definición: ……….. (4)
  4. 4. Luis Gonzalo Revelo Pabón 4 I.E.M. María Goretti Sustituyendo la ecuación (3) en (4) se concluye que: Dónde: C0: Capacidad del condensador sin dieléctrico en el VACIO. : Permitividad del vacío = 8,85x10-12 =8,85p .r: distancia entre placas (m) 2 A: área de la placa (m )CONDENSADOR CON DIELÉCTRICOEs el que tiene un aislador entre las dos placas conductoras del condensador, originando de estamanera en el condensador una propiedad llamada constante dieléctrica k. Si C0 es la capacidad de un condensador en el vacío o en el aire y cuando se coloca un dieléctri-co entre sus dos planas o conductores su capacidad es C, entonces C es mayor que C0 de tal mane-ra que se cumple: C = K.C0Dónde:C: capacidad del condensador con dieléctrico.C0: capacidad del condensador sin dieléctrico K: constante dieléctrica del dieléctrico, no tiene unidades, si es en Vacío k=1Experimentalmente se comprueba que la capacidad de un condensador con dieléctrico es mayorque la capacidad C0 de un condensador sin dieléctrico. La razón o cociente entre la capacidad C deun condensador con dieléctrico y la capacidad C0 de un condensador sin dieléctrico se designa porK y recibe el nombre de constante dieléctrica del material colocado entre las dos láminas. Esdecir que: Entonces: ……. (1)
  5. 5. Luis Gonzalo Revelo Pabón 5 I.E.M. María GorettiPero: …… (2)En consecuencia, a l r e m p l a z a r l a e c u a c i ó n ( 2 ) e n l a ( 1 ) , s e o b t i e n e q u e :la capacidad de un condensador de láminas paralelas con dieléctrico está definido por: C: capacidad con dieléctrico. K: constante dieléctrica del medio o dieléctrico.- No tiene unidades. Si es en vacío k=1 -12 2 2 : Permitividad en el vacío = 8,85x10 C /N.m A: área de la placa metálica del condensador. .r: distancia entre las dos placas metálicas. ENERGÍA ALMACENADA EN UN ONDENSADOR Así como campo eléctrico entre los dos conductores de un condensador cargado puede acelerar una carga de prueba. Así mismo un condensador cargado es capaz de efectuar u n trabajo y de contener energía eléctrica. Un condensador se carga conectando sus armaduras a los terminales positivo y negativo de una batería. Antes de la conexión la carga del condensador es Q = 0. Inmediatamente después de la conexión la carga es pequeña, pero ésta comienza a aumentar progresivamente hasta que final- mente adquiere un valor Q. Durante el proceso de carga la diferencia de potencial entre las armaduras del condensador varía desde un valor inicial V0 = 0 hasta un valor final V. La diferencia de potencial media V m durante el proceso de carga es: ……. (1) Si la carga total transferida a cada una de las armaduras es ± Q, entonces el trabajo total W rea- lizado por este proceso es: …….. (2) al remplazar la ecuación (1) en (2) se obtiene: ……….. (3) Este trabajo se almacena en el condensador en forma de energía potencial eléctrica (W=EP). Ahora teniendo presente la definición de capacidad eléctrica que es: C=Al despejar Q y V se tiene: Q=C.V …………. (4) ….. ………(5) Entonces al remplazar las ecuaciones (4) y (5) en la ecuación (3), se obtiene que: La energía alma- cenada en un condensador cargado viene dado por cualquiera de las siguientes ecuaciones:
  6. 6. Luis Gonzalo Revelo Pabón 6 I.E.M. María Goretti W: energía almacenada o en carga (medida en julios) C: capacidad de almacenamiento del condensador (medida en faradios) V: Voltaje entre las dos placas (medida en voltios) Q: carga almacenada (medida en coulomb). Podemos usar cualquiera de las 3 ecuaciones, dependiendo de los datos o información que den.GRAFICA DE UN CIRCUITO FORMADO POR UN CONDENSADOR Y UNA BATERIA.El símbolo del capacitor es el que se indica en el gráfico de la derecha, parte superior que está for-mado por dos rayas de igual longitud y paralelas entre sí. El símbolo de la parte inferior del dibujohace referencia a una pila o batería, y se la representa por dos rayas desiguales en largo y en gro-sor, la raya más larga representa el borne o polo positivo, y la raya más corta el negativo. Las líneasrestantes representan a los cables de conexión.Una vez conectado el condensador a los bornes de la pila salen cargas que van a las placas delcondensador hasta que el condensador alcance una diferencia de potencial igual a la de la pila.Este proceso tarda algunos segundos. Cuando ha finalizado este proceso, la capacidad del conden-sador (carga acumulada) y la diferencia de potencial guardan esta relación: Q = C.VDe esta manera una de las placas del capacitor queda con carga positiva y la otra con carga negati-va.ASOCIACIÓN DE CONDENSADORESCuando varios condensadores se conectan entre sí, el conjunto de ellos se comporta como si fueraun solo condensador, y la capacidad de este conjunto de condensadores se denomina capacidadequivalente, que se simboliza CE.Si se conoce la Capacidad Equivalente (CE) se puede simplificar el manejo de los circuitos. Para ellose consideran dos formas de asociación de condensadores: Asociación de Condensadores enParalelo y Asociación de Condensadores en Serie.
  7. 7. Luis Gonzalo Revelo Pabón 7 I.E.M. María GorettiASOCIACIÓN DE CONDENSADORES EN PARALELODos o más condensadores están conectados en paralelo cuando las placas de igual polaridad estánconectadas entre sí.Al grupo de condensadores conectados en paralelo se los puede reemplazar por un condensadorúnico, capaz de acumular la misma carga que el conjunto de todos ellos y recibe el nombre de Con-densador Equivalente de la conexión en paralelo, simbolizado por CE.Cuando un conjunto de condensadores se conectan en paralelo a una fuente de cargas se cumpleque:1. Todos los capacitores del grupo adquieren la misma diferencia de potencial, es decir: V= VAB= VCD ….(1) V=VE: Potencia del Sistema o Equivalente VAB: Potencia en el condensador C1 VCD: Potencia en el condensador C22. La Suma de las cargas de cada uno de los condensadores es igual a la carga total del sistema o carga del condensador equivalente. Es decir: Q=Q1 + Q2 QE = Q1 + Q2 …. (2) Q=QE: Carga total o carga equivalente Q1: Carga en el condensador C1 Q2: Carga en el condensador C23. En las placas de cada uno de los condensadores se acumula una carga igual a: Q1 = C1 .V y Q2 = C2 .V …. (3)Ahora, la carga total del sistema está definida por la ecuación (2), es decir: Q=Q1+Q2Al remplazar la ecuación (3) en (2) se obtiene: Q= C1.V + C2.V Q=(C1+C2)V
  8. 8. Luis Gonzalo Revelo Pabón 8 I.E.M. María GorettiPero:CE: Capacidad equivalente o del sistemaDe esta última ecuación se deduce que sí se conoce el valor de las capacidades eléctricas de loscondensadores que integran el grupo de condensadores conectados en paralelo, entonces se puedeconocerse el valor del Condensador Equivalente para ello se suma las capacidades de cada uno deellos.Generalizamos: ∑ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES EN SERIEDos o más condensadores están en serie, cuando la placa positiva de un condensador, se encuentraconectado con la placa negativa del otro condensador y así sucesivamente.A un grupo de condensadores se los puede reemplazar por un solo condensador o único, capaz deacumular la misma carga que el conjunto de condensadores, denominado condensador equivalentede la serie, y se lo simboliza por CE.Cuando un conjunto de condensadores se conectan en Serie a una fuente de cargas se cumple:1. Todos los condensadores del circuito tiene la misma carga. Es decir: Q1= Q2 = Q =QE …. (1)Q=QE: Carga total o equivalenteQ1: Carga en el condensador C1Q2: Carga en el condensador C22. La suma de las diferencias de potencial de cada uno de los condensadores es igual a la diferen- cia de potencial del Sistema o Equivalente. Es decir: VE= V= VAB + VBC …. (2)
  9. 9. Luis Gonzalo Revelo Pabón 9 I.E.M. María GorettiV=VE: Potencia del sistema o EquivalenteVAB: Potencia en C1VCD: Potencia en C2Ahora, el potencial en cada uno de los condensadores es igual a: VAB=Q/C1 Y VBC=Q/C2 ……. (3)Pero la Potencia del Sistema o Equivalente está definida por la ecuación (2), es decir: VE=VAB +VBC …… (2)Al remplazar la ecuación (3) en (2) se obtiene:Pero: Q=QEEntonces la capacidad del sistema o equivalente está definidaDe esta última ecuación se deduce que sí se conoce el valor de las capacidades de los condensado-res que integran el grupo de condensadores conectados en serie, entonces se puede conocer el valorinverso del capacitor equivalente sumando los valores inversos de las capacidades de cada uno deellos.Generalizamos: ∑ Por último, tengamos presente estos valores que son de mucha utilidad: Carga de un capacitor = Carga de UNA de sus placas Área de un capacitor = área de UNA de sus placas

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