Capacitores
Introducción
¡Qué tal!
En esta lección hablaremos del concepto de capacitor o condensador, que es un dispositivo utilizado para almacenar cargas eléctricas. Primeramente definiremos la capacidad del condensador en términos de la capacitancia, que se mide en coulombs por volt, unidad a la que llamamos farad, en honor de uno de los investigadores tempranos de la Electricidad, Michael Faraday, allá en la primera mitad del siglo XIX.
Estudiaremos los componentes del capacitor e identificamos cuáles características físicas podemos modificar para cambiar la capacidad de almacenamiento. Además de identificar la fórmula fundamental para calcular la capacitancia, aprenderemos cómo calcularla utilizando las dimensiones físicas del capacitor, tal como el área y la distancia entre placas, así como las características del medio dieléctrico usado para el capacitor en términos de su permitividad relativa, en relación con la permitividad del vacío.
Continuando con nuestro estudio de los condensadores, aprenderemos a sumarlos en paralelo, en serie, mixtos, así como la relación entre la capacitancia, la carga y el voltaje aplicado.
Espero haberte encontrado bien. Deseando que estés y te sientas bien. ¡Comencemos!
Desarrollo del tema
Capacitores o condensadores eléctricos
Los capacitores o condensadores eléctricos son dispositivos utilizados para almacenar cargas eléctricas y esencialmente están constituidos por dos láminas metálicas separadas por un aislante o dieléctrico tal como el aire mismo, vidrio, mica, aceite o papel encerado.
La capacidad de los condensadores o capacitores se mide en función de la cantidad de carga que puede almacenar.
Para aumentar la capacidad de un condensador pueden realizarse algunas de las siguientes modificaciones: 1) Disminuir la distancia entre las placas, provocando mayor cantidad de cargas atraídas a las placas; 2) Aumentar el área de las placas aumenta la capacidad de almacenamiento; 3) Aumentar el voltaje de la batería incrementa la cantidad de la carga almacenada. (Montiel, 2015:429)
La capacitancia es la capacidad de un condensador para almacenar carga eléctrica; el siguiente video resulta útil para que asimiles el concepto.
La capacitancia se calcula con la siguiente fórmula:
En esta expresión, C es la capacitancia del condensador, medida en farads [F]; Q es la carga eléctrica almacenada, en coulombs [C] y V es la diferencia de potencial entre las placas del condensador, en volts [V]. Así, un condensador tiene una capacitancia de 1 F cuando puede almacenar un coulomb (C) bajo una diferencia de potencial de 1 volt (V).
La unidad de medición de la capacitancia se llama farad (F) en honor al físico y químico inglés Michael Faraday (1791-1867), uno de los primeros estudiosos de la electricidad.
Según Montiel P., H. (2015:429), puede calcularse la capacitancia de un condensador de placas paralelas utilizando la siguiente expresión matemática:
En esta expresión C es la capacitancia, en farads (F);
es una constante que depende del medio aislante y recibe el nombre de permitividad, en F/m; A es el área de una de las placas paralelas, en m2 y d es la distancia entre las placas, en m.En la fórmula anterior se llama constante de permitividad eléctrica o constante de permitividad del medio aislante y puede determinarse mediante la fórmula:
es la constante de permitividad en el vacío, igual a 8.85×10-12 C2/Nm2, y r es la permitividad relativa o coeficiente dieléctrico. Podrás encontrar algunos valores en la siguiente tabla.
Los capacitores se emplean de diferentes maneras en los circuitos de corriente alterna, en los circuitos de radio y, anteriormente, en el encendido de los automóviles. Te muestro enseguida algunos videos que ejemplifican de manera visual los usos del condensador o capacitor eléctrico así como el cálculo de la capacitancia.
Tipos y usos de los capacitores.
Cálculo de la capacitancia.
Capacitor y cálculo de la capacitancia.
Conexión de capacitores en serie y paralelo.
Los capacitores en un circuito, al igual que las resistencias, pueden conectarse en serie y en paralelo. A continuación las fórmulas para calcular la capacitancia equivalente Ce en las conexiones en serie y paralelo:
Cuando se conectan condensadores en paralelo cada uno de ellos tendrá la misma diferencia de potencial V, esto es que
VT=V1=V2=V3=…=Vn, y la carga total es QT=Q1+Q2+Q3+…+Qn.
Para el caso de las conexiones en serie, los capacitores adquieren la misma carga, es decir que QT=Q1=Q2=Q3=…=Qn., y el valor y la diferencia de potencial total será VT=V1+V2+V3+…+Vn.
En la siguiente figura podrás apreciar la diferencia en la conexión serie y paralelo de condensadores o capacitores.
A continuación los siguientes videos resultará de valiosa utilidad para aprender a resolver conexiones de capacitores en serie, en paralelo o mixtas.
- Capacitores en serie y paralelo.
2. Equivalencia de capacitores.
3. Capacitores en serie y paralelo.
4. Capacitancia equivalente entre capacitores.
Conclusión
Terminamos nuestro estudio de los capacitores; aprendimos qué son, para qué se usan, cuáles son sus componentes, la fórmula para calcular la capacitancia, las unidades de cada componente de la fórmula y también sabemos ahora qué características físicas podemos variar y porque, para aumentar la capacitancia.
También aprendimos el concepto de permitividad, permitividad del vacío y permitividad relativa.
Y hacia el final de la lección estudiamos cómo calcular la capacitancia equivalente Ce en conexiones serie, paralelo y mixtas de condensadores, así como el comportamiento de la carga Q y el voltaje V en cada caso.
En las fuentes de información podrás encontrar dos archivos pdf con la información del tema; uno es del libro de Paul E. Tippens y el otro es del libro Física general del autor Héctor Pérez Montiel. Estudiarlos para profundizar y ampliar tus conocimientos acerca de los condensadores.
Evalúa que tanto has aprendido de estos temas. Resuelve y entrega en tiempo y forma la consigna de esta clase digital.
Sin más que agregar, ¡nos vemos en la siguiente lección!
Siento que todo va avanzando bien y con buen ritmo. ¡Te leo en la próxima clase!
Fuentes de información
- Pérez M., H. (2015). Capacitores eléctricos. Física general, (p.429-431). Grupo Editorial Patria.
- Tippens, P. (2011). Capacitancia. En Edamsa Impresiones (Ed.), Física Conceptos y aplicaciones, (p.512-527). Mc Graw Hill.