Imágenes tomadas de:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/86/Photo-SMDcapacitors.jpg/300px-Photo-SMDcapacitors.jpg
Se puede almacenar energía eléctrica por medio de un dispositivo muy común, conocido como capacitor o condensador. El condensador más sencillo consiste en un par de placas conductoras, también llamadas armaduras, separadas por una distancia pequeña y que no están en contacto.
Como se conectan las placas a un dispositivo de carga-batería, pila o fuente de poder, se transfiere carga de una a otra placa. Esto sucede cuando el borne positivo (ánodo) de la batería hala de los electrones que se encuentran en la placa a la que está conectada. El efecto es que estos electrones son impulsados como por una bomba a través de la batería, del borne negativo (cátodo) a la placa conectada a dicha terminal. El proceso de cargase detiene cuando la diferencia de potencial (d.d.p.) entre las armaduras es igual a la d.d.p. entre los bornes de la batería. Cuanto mayor sean las placas y menor su distancia de separación, mayor será la cantidad de carga almacenada.
El condensador cargado se descarga cuando aparece un camino conductor entre sus placas. La descarga de un condensador puede ser una experiencia traumatizante, si uno es el camino conductor. La transferencia de carga puede ser fatal, si el voltaje es elevado, como en la fuente de poder de un televisor, incluso después de apagarlo. Esta es la razón principal de que se coloquen notas de advertencia en la parte posterior de estos aparatos. La energía que almacena un capacitor, proviene del trabajo necesario para cargarlo. La energía que almacena un capacitor, proviene del trabajo necesario para cargarlo. La energía está en forma de campo eléctrico uniforme (C.E.U.) entre las placas. La energía que almacena un capacitor es la energía almacenada en un C.E.U. El C.E.U. es un almacén de energía.
FUNCIONES DE UN DIELÉCTRICO: Es común, el colocar entre las armaduras del capacitor, una lámina dieléctrica pues:
· Incrementa notablemente la capacidad eléctrica del condensador.
· Resuelve el problema mecánico de mantener dos láminas metálicas a escasa distancia, una de otra.
· Aumenta considerablemente la d.d.p. que el condensador es capaz de soportar (voltaje de ruptura)
MAGNITUDES QUE CARACTERIZAN A UN CONDENSADOR:
ü TOLERANCIA: Nos indica los extremos máximo y mínimo, que podrá tener el valor de la capacidad del condensador. Las tolerancias más comunes son 5%, 10% y 20% para todos los tipos de condensadores, excepto para los electrolíticos cuya tolerancia puede llegar a valores del 50%
ü RESISTENCIA DE FUGA: Es la que toma en cuenta el flujo de corriente a través del dieléctrico. Este parámetro en los condensadores ideales debería ser infinito, pero en los condensadores físicos, aunque es grande, no es infinito.
ü FACTOR DE DISIPACIÓN: Es una magnitud de interés secundario y no aparece en expresada en el cuerpo del condensador. Relaciona la magnitud de la capacidad con la resistencia de fuga que inevitablemente aparece asociada con cualquier condensador.
ü VOLTAJE DE RUPTURA: Representa la cantidad de voltaje que al ser suministrado al condensador, provoca que el dieléctrico situado entre las armaduras, sobrepase su capacidad de aislante y permita que los electrones de la placa negativa, salten a la positiva. Cuando la intensidad del campo eléctrico y la d.d.p. son mayores a las soportables por el condensador, el dieléctrico se vuelve conductor, se perfora, generalmente destruyéndose con lo que puede causar un cortocircuito en la instalación.
ü VOLTAJE MÁXIMO o VOLTAJE NOMINAL: Es la medida más alta de d.d.p. sugerida por el fabricante, que permite la utilización del condensador sin peligro a dañarse.
APLICACIONES DE LOS CONDENSADORES
· Reducir fluctuaciones de voltajes en fuentes de tensiones electrónicas
· Transmisión de señales pulsantes. Luces intermitentes de los vehículos
· Lograr retardos de tiempo
· En electrónica, para separar la corriente continua de la alterna
· En electrónica, para la construcción de circuitos de filtrado
· En circuitos a.c. para aumentar el rendimiento de la transmisión de energía. En este caso se usan condensadores muy grandes
· En circuitos de radio: para sintonizar, generar oscilaciones electromagnéticas y detectar señales en el receptor
· Para el almacenamiento de energía eléctrica, gracias a la capacidad que tienen de confinar fuertes campos eléctricos en volúmenes pequeños
· En dispositivos de muy poco consumo eléctrico, como calculadoras, computadoras, pueden sustituir por tiempo limitado, a las baterías o pilas
· Para proteger contactos eléctricos sometidos a d.d.p. elevadas, como en el caso de platinos de los automóviles, Los platinos abren y cierran centenares de veces por segundo, por lo tanto los puntos de contacto del interruptor necesitarán frecuentes reemplazos, de no ser por el condensador conectado al distribuidor del vehículo
· Para eliminar las chispas que se producen cuando se interrumpe rápidamente un circuito que posee autoinducción
· Para establecer configuraciones de campo eléctrico con diversas finalidades
· En los computadores se usan condensadores de baja energía como conmutadores de encendido y apagado
· En la unidad de flash de una cámara fotográfica hay un condensador que almacena lentamente una gran cantidad de energía y luego la libera rápidamente al emitir el destello luminoso
Algunos laboratorios de investigación poseen láseres gigantescos en cuyos bancos de capacitores almacenan cantidades enormes de energía
CAPACITANCIA
La capacidad o capacitancia de un condensador es la magnitud medida por la relación entre la carga en cualquiera de las armaduras y la diferencia de potencial entre ellas. Matemáticamente la podemos expresar como
C = q / V
Revisemos las unidades: Culombios / Voltios = Faradios
Un Faradio, es la capacidad de un condensador que adquiere la carga de un Culombio cuando se le aplica una d.d.p. de un voltio.
Si el capacitor no posee dieléctrico entre sus placas, también puede escribirse la capacidad o capacitancia, en función de las características del material como
C = eo S / d
S representa el área de sus placas y d, la distancia de separación de dichas armaduras.
Si el capacitor posee dieléctrico entre sus placas lo representamos como
C = Keo S / d
K se conoce con el nombre de constante dieléctrica de la sustancia entre las placas
Material
|
K
|
Aire
|
1,0006
|
Teflón
|
2
|
Polipropileno
|
2,1
|
Poliestireno
|
2,5
|
Policarbonato
|
2,9
|
Poliéster
|
3,2
|
Vidrio
|
4 ,0– 8,5
|
Mica
|
6,5 – 8,7
|
Cerámica
|
6 – 50
|
Óxido de aluminio
|
7
|
Agua
|
78
|
Baquelita
|
4,8
|
Caucho
|
2 – 3,5
|
Cuarzo
|
3,8
|
Ebonita
|
2,8
|
Madera
|
2,5 – 7,7
|
Mica
|
5,4
|
Papel
|
5,5
|
Podemos calcular la energía almacenada en un condensador cargado así:
W = ½ (qV) = ½ (CV2) = ½ (q2 /C)
ASOCIACIÓN DE CAPACITORES
Uno o más condensadores pueden asociarse, para formar uno de capacidad equivalente, por medio de una asociación en serie, en paralelo o una asociación mixta
Imagen tomada de http://imagenes.unicrom.com/condensadores_serie.gif
ASOCIACIÓN EN SERIE: Decimos que los capacitores de la gráfica C1, C2, C3, y C4, están asociados en serie porque por medio de un generador ubicado en los extremos, se carga la primera armadura del primer condensador con carga positiva +Q y la segunda armadura del último condensador por inducción, se cargará con –Q Cada una de las armaduras intermedias, induce las otras cargas. Al ubicar los condensadores en esta forma, podemos decir que la asociación se comporta como un único condensador de capacidad CT que puede calcularse a partir de
(1/CT) = (1/C1) + (1/C2) + (1/C3) + …+ (1/Cn)
Siendo n el número de condensadores
De tal manera que diremos que el inverso de la capacidad total de varios condensadores en serie, es igual a la suma de los inversos de cada una de las capacidades de los condensadores.
Y se puede demostrar experimentalmente que la carga es la misma en todos los condensadores, pero el voltaje total, será la suma de todos los voltajes de cada uno de los condensadores.
QT = q1 = q2 = q3 = …= qn
VT = V1 + V2 + V3 + … +Vn
Imagen tomada de http://imagenes.unicrom.com/condensadores_paralelo.gif
ASOCIACIÓN EN PARALELO: Decimos que los capacitores de la gráfica C1, C2, C3, y C4, están asociados en paralelo, porque todas las armaduras positivas se conectan a un mismo punto y por lo consiguiente resultan a un mismo potencial que es suministrado por la batería. Al ubicar los condensadores en esta forma, podemos decir que la asociación se comporta como un único condensador de capacidad CT que puede calcularse a partir de
CT = C1 + C2 + C3 + …+ Cn
Siendo n el número de condensadores
De tal manera que diremos que la capacidad total de varios condensadores en paralelo, es igual a la suma de las capacidades de cada uno de los condensadores.
Y se puede demostrar experimentalmente que la carga total es la suma de las cargas de los condensadores, pero el voltaje total, será el mismo de todos los voltajes de cada uno de los condensadores.
QT = q1 + q2 + q3 + …+ qn
VT = V1 = V2 = V3 = …= Vn
Una asociación mixta, combina las asociaciones en serie y en paralelo; por esto es indispensable identificar cómo se encuentran dentro de la asociación.
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