LA CAPACITANCIA

ELÉCTRICA Y SUS CIRCUITOS.

Concepto General.

Elementos que conforma un condensador.

Conexiones .

Tipos .

Características.

Cálculos.

¿QUÉ ES UN CONDENSADOR O CAPACITOR?

Un condensador es un dispositivo utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total separadas por un material dieléctrico o por el vacío.

Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.

ELEMENTOS QUE CONFORMAN UN CAPACITOREl capacitor

Los capacitores son unos de los componentes más comunes de los circuitos eléctricos y cumplen varias funciones diferentes en un circuito. Puesto que no proporcionan una trayectoria de conducción para los electrones, se emplean para bloquear una corriente continúa; sin embargo una corriente alterna puede fluir a través del circuito.

En su forma más sencilla, un capacitor está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (Q-) y la otra positivamente (Q+) sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin embargo, se dice que el capacitor se encuentra cargado con una carga Q.

Los capacitores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante (por lo cual podemos decir que los capacitores, para las señales continuas, es como un cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna.

Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy útiles cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico, pero si queremos que pase la alterna.

APLICACIONES MAS COMUNES Los capacitores se utilizan junto con las bobinas,

formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes capacitores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia, así como en :

VENTILADORES MOTORES DE AIRE ACONDICIONADO ILUMINACIÓN REFRIGERACIÓN, COMPRESORES BOMBAS DE AGUA

Los capacitores se fabrican en gran variedad de formas y se pueden mandar a hacer de acuerdo a las necesidades de cada uno. Sus características dependen principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico usado, de esta forma podemos distinguir los siguientes tipos:

PLÁSTICO. MICA. ELECTROLÍTICOS. DE DOBLE CAPA ELÉCTRICA

El papel y el aceite y el vacío se usan como dieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al dispositivo. Pueden estar encapsulados en baquelita con válvula de seguridad, sellados, resistentes a la humedad, polvo, aceite; con terminales para conector hembra y/o soldadura.

El primer capacitor es la botella de Leyden, el cual es un capacitor simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos metálicos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el dieléctrico

Capacitores al VacioBotella de Leyden

Para un capacitor se define su capacidad como la razón de la carga que posee uno de los conductores a la diferencia de potencial entre ambos, es decir, la capacidad es proporcional al la carga e inversamente proporcional a la diferencia de potencial: C = Q / V, medida en Faradio (F).

Ejemplos mas adelante! No Respiren!! Es Decir, No Se Muevan!!

CONEXIONES DE CONDENSADORES

Un condensador es un dispositivo que sirve para almacenar carga y energía. Está formada por dos placas conductoras (metálicas) de forma arbitraria aisladas una de otra, que poseen carga de igual magnitud pero de signos contrarios, por lo que se produce un campo eléctrico entre las placas. El valor absoluto de la carga de cualquiera de las placas se denomina `la carga del condensador'. Así, si un condensador tiene carga Q, implica que su placa positiva tiene carga +Q y su placa negativa tiene carga -Q.

Los condensadores tienen muchas aplicaciones prácticas. Por ejemplo, el `flash' de una cámara fotográfica.

Al igual que las resistencias los capacitores presentan tres formas de conexión:

Serie: Cuando se conectan dos o más condensadores (capacitores) uno después del otro, se dice que están conectados en serie.

Paralelo: Para conectar dos o más condensadores en paralelo se realiza como muestra la figura de al lado. Donde cada capacitor va conectado a

una línea diferente, por lo tanto la corriente eléctrica tiene más caminos que recorrer y hace que a diferencia de una conexión en

serie, si se desconecta alguno de los condensadores el funcionamiento del circuito no se altera.

Mixto: Un circuito mixto es una mezcla de componentes, en este caso

condensadores, que se acomodan de tal forma que llegan a formar una combinación de condensadores agrupados de tal forma que la circulación de la corriente no se hace en un solo sentido a lo largo de toda su trayectoria.

Al observar el circuito de la conexión mixta de capacitores nos damos cuenta que C₃ y C₄ están

en paralelo, pero el equivalente de estos dos están en serie con C₁, C₂ y C₅ también de forma inmediata se nota que los capacitores C₁ y C₂

están en serie.

TIPOS GENERALES DE CONDENSADORES

CONDENSADORES FIJOS.

Estos condensadores tienen una capacidad fija determinada por el fabrican-te y su valor no se puede modificar.     Sus características dependen principal-mente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico usado.

CONDENSADORES VARIABLES.

Son condensadores en los que se puede modificar la capacidad a voluntad. Utilizan generalmente el aire como dieléctrico y las armaduras consisten, a veces, en series de láminas metálicas de las que unas son fijas, mientras que las otras, que se intercalan entre las primeras, están montadas en un eje que gira

Condensadores Ajustables. Son tipos especiales de condensadores variables. Las armaduras son semicirculares, pudiendo girar una de ellas en torno al centro, variando así la capacidad. Otro tipo se basa en acercar las armaduras, mediante un tornillo que las aprieta.

Simbología.

Condensadores Fijos

Condensadores Variable

Condensadores Ajustables

SUB-CLASIFICACIONES

Dentro de los capacitores fijos se destacan varias categorías atendiendo a su material dieléctrico. Antes de iniciar con estas sub-clasificaciones debemos definir el término dieléctrico.

La figura se representa un condensador plano de placas paralelas; el dieléctrico se interpone entre ambas placas, evitando que éstas entren en contacto. Cada dieléctrico posee características diferentes, y es el que confiere las propiedades al condensador, por lo que los condensadores se clasifican por el tipo de dieléctrico que utilizan.

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.

Capacitores fijos

En la actualidad se encuentran disponibles muchos tipos de capacitores fijos. Algunos de los más comunes son los capacitores de mica, de cerámica, electrolítico, etc.

El capacitor de mica plano típico constan básicamente de hojas de mica separadas por laminas metálicas. Las placas están conectadas a dos electrodos, como se muestra en la figura A

Figura A Estructura básica de un Capacitor de mica apilado

Foil = Lamina

El capacitor de cerámica se fabrica en muchas formas y tamaños, dos de los cuales se muestran en la figura C. Sin embargo la estructura básica es prácticamente la misma para cada uno, como se muestra en la figura B

Figura B Capacitores de disco de cerámicaa) Fotografía; b) Construcción

El capacitor electrolítico se utiliza por lo común en situaciones donde se requieren capacitancias del orden de uno o varios miles de microfaradios, y se encuentra diseñado principalmente para utilizarse en redes donde solo se aplicarán voltajes de CD en el capacitor debido a que tienen características de aislamiento (alta corriente de fuga) adecuadas entre las placas en una dirección

MEDICIÓN DE UN CAPACITOR

En la figura de la izquierda se muestra un medidor digital de capacitancia. Simplemente se coloca el capacitor entre los sujetadores presentes con la polaridad adecuada, y el medidor desplegara el nivel de capacitancia. Se puede medir con un tester en la escala de resistencia. De la manera que como muestra la figura de la derecha.

Se coloca el miltímetro en la escala de resistencias, y procedemos a tomar los bornes del miltímetro y a colocarlo

como muestra la figura en el capacitor.

CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDENSADORES

Condensadores: Son dispositivos que almacenan cargas eléctricas;  se dice que dos cuerpos forman un condensador cuando entre ellos existe un campo eléctrico.

En general un condensador se compone esencialmente de dos conductores (armaduras) aislados y separados por un dieléctrico (aislador. Pueden conducir Corriente Directa durante un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de Corriente Alterna; esta propiedad los convierte en dispositivos muy útiles para impedir que la Corriente Directa entre a determinada parte de un circuito eléctrico.

Los condensadores de capacidad fija y variable se usan con las bobinas, formando circuitos en resonancia en radios y otros equipos eléctricos.

son utilizados en: Ventiladores, motores de Aire Acondicionado, en Iluminación, Refrigeración, Compresores, Bombas de Agua y Motores de Corriente Alterna, por la propiedad antes explicada.

CONDENSADOR  DE PLACAS   PARALELAS

En primer lugar, calculamos el campo creado por una placa plana indefinida, cargada con una densidad de carga s , aplicando la ley de Gauss.

Campo creado por una placa plana indefinida, cargada.

Para una placa indefinida cargada, la aplicación del teorema de Gauss requiere los siguientes pasos:

1.-A partir de la simetría de la distribución de carga, determinar la dirección del campo eléctrico.

La dirección del campo es perpendicular a la placa cargada, hacia afuera si la carga es positiva y hacia la placa si la carga es negativa.

2.-Elegir una superficie cerrada apropiada para calcular el flujo

Tomamos como superficie cerrada, un cilindro de base S, cuya generatriz es perpendicular a la placa cargada. El flujo tiene dos contribuciones

Flujo a través de las bases del cilindro: el campo y el vector superficie son paralelos.

E·S1+E·S2=2EScos0º=2ES Flujo a través de la superficie lateral del cilindro. El

campo E es perpendicular al vector superficie dS, el flujo es cero.

El flujo total es por tanto; 2ES

3. Determinar la carga que hay en el interior de la superficie cerradaLa carga (en la figura de color rojo) en el interior de la superficie cerrada vale q=s S, donde s es la carga por unidad de superficie

4.-Aplicar el teorema de Gauss y despejar el módulo del campo eléctrico.

Un condensador formado por dos conductores cercanos, a los cuales se les llama placas. Las cargas iguales y opuestas se obtienen conectando las placas momentáneamente a los polos opuestos de una batería.

CONDENSADOR CON DIALECTICO

El dieléctrico, aislante o electrolito es un dispositivo físico que se coloca entre

las placas paralelas del capacitor, para aumentar su capacitancia y para darle

rigidez física.

Un dieléctrico brinda las siguientes ventajas:

Aumenta la capacitancia de un capacitor .

Aumenta el voltaje de operación máximo de un capacitor .

Puede proporcionar soporte mecánico entre las placas conductoras.

CÁLCULOS DE CAPACITANCIA  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:

DONDE: C es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico

experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.

Q es la carga eléctrica almacenada, medida en coulombios.  V es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.

Tabla de conversión de unidades del Faradio.

Encuentre la capacitancia, de un capacitor que tiene una carga de 240 μ C, con un voltaje en sus

placas de 120V

Veamos el Siguiente Ejemplo:

Formula:

Datos:

Q = 240 μ CV = 120 V

Solución:C = 240 μ C / 120 VC = 2 μ F

CÁLCULOS   DE    CAPACITANCIA     EQUIVALENTE EN UN CIRCUITO SERIE.

La capacidad total (o equivalente) en serie se calcula sumando las inversas de cada una de las capacidades y calculando la inversa del resultado.

De: C= Q/VTenemos: Q= C.VY V= Q/C

PROBLEMAS: Para el circuito siguiente:

a. Encuentre la capacitancia total (C)

b. Encuentre la carga total (E)

c. Encuentre el voltaje en cada capacitor (V)

 

La capacidad total (o equivalente) en serie se calcula sumando las inversas de cada una de las capacidades y calculando la inversa del resultado.

De: C= Q/VTenemos: Q= C.VY V= Q/C

la carga en un circuito serie será la misma sobre cada capacitor.

CÁLCULOS   DE    CAPACITANCIA     EQUIVALENTE EN UN CIRCUITO

PARALELO.

El cálculo de la capacidad equivalente de una conexión en paralelo de condensadores se halla de la siguiente manera:

Ejemplo del caso anterior

Determina la capacitancia total del siguiente circuito.

Donde:

Solución:

MAS PROBLEMAS: Para el circuito de la figura:

a. Encuentre la capacitancia total

b. Determine la carga sobre cada placa

c. Encuentre la carga total

La carga total en paralelo se determina,

a partir de la sumatoria de cada

una.