Capacitores

Capacitores

En electromagnetismo y electrónica, la capacitancia o capacidad eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacidad también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de potencial eléctrico dada. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente expresión matemática:

Un capacitor es un dispositivo que almacena energía en un campo electrostático.

Se emplean para crear campos eléctricos.

En capacitancia es usual usar placas para representar problemas referentes al tema y sea cual sea su geometría ese es el termino usado.

Se dice que un capacito esta cargado si sus placas llevan cargas iguales y opuestas +q y -q. Nótese que q no es la carga neta del capacitor pues es cero.

Cuando cargamos un capacitor, observamos que la carga q que aparece en sus placas es siempre directamente proporcional a la diferencia de potencial DeltaV entre ellas. La capacitancia C es la constante de proporcionalidad necesaria para convertir la relación en una ecuación.

La capacitancia es un factor geométrico que depende del tamaño, la forma y la separación de las placas, lo mismo que del material que ocupa el espacio entre ellas.

La capacitancia de un capacitor no depende de Delta V ni de q.

La unidad de capacitancia en el SI recibe el nombre de farad

1farad = coulomb / volt.

se llama así en honor a Michael Faraday.

Calculo de capacitores.

Capacitor de placas paralelas:

C = EoA/d (epsilon cero por area de las placas sobre la distancia entre las placas).

Capacitor esférico:

C = 4(pi)Eo (ab / b-a) (4 por pi por epsilon multiplicando el radio menor por el mayor del cilindro sobre el area mayor menos la mayor).

Capacitor cilíndrico:

C = 2(pi)Eo (L / ln(b/a)) (2 por pi por epsilon cero multiplicando el largo del cilindro sobre el logaritmo natural de el radio mayor sobre el menor del cilindro).

Se pueden conectar capacitares en forma paralela y en serie.

para obtener la capacitancia equivalente se debe de sumar cada uno de los capacitores que forman el sistema.

En paralelo:

Ceq = C1 + C2 + … + Cn

En serie:

1 / Ceq = 1 / C1 + 1 / C2 +…+ 1 / Cn

Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen confundirse.

Almacenamiento de energía en capacitores

Los capacitores son el modo más práctico de almacenar energía eléctrica que después uno puede aprovechar para otros fines; por ejemplo, un flashazo de luz, un mensaje nervioso. Si tenés cámara de fotos con flash tal vez recuerdes que al prenderlo se escucha un pitido muy agudo: es que se está cargando el capacitor. El silbido se va aguzando y silenciando... y en un momento se enciende el led que indica que el flash está dispuesto a ser disparado. Si lo hacés, lo que estás haciendo es habilitando un camino (la lámpara del flash) para que las cargas de signo opuesto se junten.

Aquí hay un gráfico de la carga del capacitor desde que empieza a cargarse hasta que adquiere la carga completa y está listo para disparar el flash. En realidad alcanza ese valor máximo con pasmosa lentitud (lo que matemáticamente llamamos un acercamiento asintótico).

La diferencia de potencial que se alcanza es la misma que la de la fuente que "alimentó" al capacitor; en el caso de tu máquina de sacar fotos, alrededor de 3 volts.

Lo interesante es que la velocidad de la descarga -la potencia- es muy alta, algo que las pilas solas jamás podrían hacer.

La energía almacenada en el capacitor, U, se puede calcular fácilmente:

U = ½ Q²/ C

Y recordando la relCción fundamental de los capacitores: Q = C ΔV, (frecuentemente se suprime el delta, Q = C V) podemos hallar otras dos expresiones que, en forma equivalente, permiten calcular la energía acumulada.

U = ½ C V² = ½ Q V

Capacitores en serie y paralelo

CONEXIÓN EN PARALELO

Consideremos k condensadores conectados en paralelo como en la siguiente figura 1.a:

Figura 1 Conexión de capacitores en paralelo

La ley de Kirchhoff de corrientes:

en conjunto con la corriente en un capacitor:

podemos escribir la siguiente igualdad:

es decir:

Tenemos que:

Define una expresión para la conexión en paralelo de varios condensadores.

CONEXIÓN EN SERIE

Considere una conexión en serie de condensadores como en la Figura 2a.

Figura 2.a Conexión en Serie

La Ley de Kirchhoff de voltajes

en conjunto con la fórmula tensión-corriente de un condensador

Permitamos

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