CONDENSADORES DIELCTRICOS

Condensador:

Un condensador es un dispositivo que sirve para almacenar carga y energa. Est construido por dos conductores aislados uno del otro, que poseen cargas iguales y opuestas. Los condensadores tienen mltiples aplicaciones. El mecanismo de iluminacin (flash) de las cmaras fotogrficas posee un condensador que almacena la energa necesaria para proporcionar un destello sbito de luz.

Los condensadores tambin se utilizan para suavizar las pequeas ondas que surgen cuando la corriente alterna (el tipo de corriente que suministra un enchufe domestico se convierte en continua en una fuente de potencia, tal como la utilizada para cargar la radio cuando las pilas estn bajas de tensin.El primer condensador utilizado para almacenar grandes cargas elctricas fue una botella con una lmina de oro en su cara interior y exterior que se llam botella de Leyden. Fue inventada en el siglo XVIII en Leyden (Holanda)

Para ello sostena la botella en una mano mientras la carga procedente e un generador electroesttico era conducido hasta el agua por medio de una cadena. Cuando trat de sacar la cadena de agua con la otra mano sufri una sacudida elctricaque le dej inconsciente. Despus de muchos experimentos se descubri que la mano que sostena la botella poda reemplazarse por hojas metlicas que recubran las superficies interior y exterior de la botella.Dielctricos:

Un material dielctrico ideal es aquel que no tiene cargas libres. Sin embargo, todos los medios materiales se componen de molculas, estas a su vez se componen de entes cargados (ncleos atmicos y electrones), y las molculas de los dielctricos son, de hecho, afectadas por la presencia de un campo elctrico. El campo elctrico produce una fuerza que se ejerce sobre cada partcula cargada, empujando las cargas positivas en la direccin del campo, y las negativas en sentido contrario, de modo que las partes positivas y negativas de cada molcula se desplazan de sus posiciones de equilibrio en sentidos opuestos. Sin embargo, estos desplazamientos del orden de un dimetro molecular estn limitados por intensas fuerzas restauradoras que se forman por el cambio de la configuracin de las cargas de la molcula. El termino carga ligada, en contraste con la carga libre de un conductor, se usa a veces para poner nfasis en el hecho de que tales cargas moleculares no estn libres para moverse muy lejos o ser extradas del material dielctrico. El efecto total, desde el punto de vista microscpico, se visualiza ms fcil como un desplazamiento de toda la carga positiva en el dielctrico en relacin con la carga negativa. Se dice entonces que el dielctrico est polarizado.

Un dielctrico polarizado, aun cuando sea elctricamente neutro en promedio, produce indudablemente un campo elctrico en los puntos exteriores e interiores al dielctrico. Como resultado, existe una situacin algo embarazosa: la polarizacin del dielctrico depende del campo elctrico total del medio, pero una parte del campo elctrico es producida por el dielctrico mismo.

Capacidad del condensador:Lacapacidadde un condensador se define como la razn entre su carga y la diferencia de potencial.

C es la constante llamadafarady corresponde a un (coul) 2/julio. Entonces, la capacidad de un condensador es un Faradio si para una diferencia de potencial de un voltio entre los conductores, la carga transmitida de uno a otro es de un columbio. Esta constante depende de la geometra de las placas.

Capacitancia Elctrica: En anlisis de circuitos elctricos, las magnitudes que se visualizan de inmediato son tensin, intensidad de corriente y resistencia. Cuando se tienen circuitos en corriente alterna nos encontramos con fenmenos distintos a los de corriente continua, y en especfico son los efectos capacitivos e inductivos. Estos fenmenos han sido estudiados desde hace mucho tiempo y por su naturaleza seguirn siendo objeto de estudio.

Definicin de Capacitancia: La capacitancia es la propiedad de un circuito elctrico de oponerse al cambio en la magnitud de tensin a travs del circuito. Tambin capacitancia se refiere a la caracterstica de un sistema que almacena carga elctrica entre sus conductores y un dielctrico, almacenando as una energa en forma de campo elctrico. Este dispositivo se le denomina Capacitor y su smbolo elctrico es:

La Capacitancia en el SI:En el Sistema Internacional de Unidades la capacitancia es el farad (F), y es definido por el volt (V) y el coulomb (C), que a su vez est definido por el segundo (s )

y el ampere (A).

Capacitancias Equivalentes

Capacitores en serie

Capacitores conectados uno despus del otro, estn conectados en serie.

Estos capacitores se pueden reemplazar por un nico capacitor que tendr un valor que ser el equivalente de los que estn conectados en serie.

Para obtener el valor de este nico capacitor equivalente se utiliza la frmula:

1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

Pero fcilmente se puede hacer un clculo para cualquier nmero de capacitores que se conecten en serie con ayuda de la siguiente frmula:

1/CT = 1/C1 + 1/C2 +....+ 1/CN

Dnde: N es el nmero de Capacitores que estn conectados en serie. En el grfico hay 4capacitores en serie.

Esta operacin se hace de manera similar al proceso de sacar el resistor equivalente de un grupo de resistores en paralelo.

Capacitores en paralelo:Del grfico se puede ver si se conectan 3 capacitores en paralelo (los terminales de cada lado de los elementos estn conectadas a un mismo punto).Para encontrar el capacitor equivalente se utiliza la frmula:

CT = C1 + C2 + C3

Fcilmente se puede hacer un clculo para cualquier nmero de capacitores con ayuda de la siguiente frmula:

CT = C1 + C2 +.....+ CN

Donde N es el nmero de capacitores.

Como se ve, para obtener el capacitor equivalente de capacitores en paralelo, slo basta con sumarlos.

Esta operacin se hace de manera similar al proceso de sacar el resistor equivalente de un grupo de resistores en serie.

Circuitos RC

Un circuito elctrico que se compone de un condensador C y una resistencia R se denomina circuito RC. En estos circuitos la corriente no es estacionaria ya que vara con el tiempo. Estos son dos tipos de circuitos RC.

Condensador C conectado en serie con una resistencia R y un interruptor S.

Condensador C conectado en serie con una resistencia R, una fuente de alimentacin

V y un interruptor S.

En la sesin de laboratorio se estudiarn la descarga de un condensador o capacitor. La relacin entre la Carga Q y la intensidad de corriente I como funcin del tiempo se obtiene con las reglas de Kirchhoff.

Condensador plano:Un condensador plano se encuentra formado por dos placas planas cargadas y paralelas (armaduras) separadas por un espacio llamado dielctrico o aislador.

En este caso la capacidad ser:

y recordando que el campo creado por dos planos paralelos cargado uniformemente ess/eonos queda que

Por lo que la capacidad de un condensador plano es directamente proporcional a la superficie de una de sus armaduras e inversamente proporcional a la distancia que existe entre ambas armaduras. El valor de la constante depende del medio que exista entre dichas armaduras, en este caso se ha colocado el valor del vaco (eo)

CARGA DE UN CONDENSADOR:

Al conectar un condensador en un circuito, la corriente empieza a circular por el mismo. A la vez, el condensador va acumulando carga entre sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, deja de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador y la resistencia en paralelo, la carga empieza a fluir de una de las placas del condensador a la otra a travs de la resistencia, hasta que la carga es nula en las dos placas. En este caso, la corriente circular en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando.

Carga

Descarga

Donde:

V (t) es la tensin en el condensador.

V0es la tensin de la fuente.

I (t) la intensidad de corriente que circula por el circuito.

RCes la capacitancia del condensador en faradios multiplicada por la resistencia del circuito en Ohmios, llamadaconstante de tiempoEnerga Almacenada En Un Condensador

El proceso de acumulacin de carga elctrica en las placas de un condensador produce un campo elctrico, el cual almacena energa. Esta energa permanece almacenada por algn tiempo despus que se desconecta la fuente de alimentacin. La cantidad de energa almacenada en el condensador depende de la capacidad y del voltaje del condensador, segn la siguiente ecuacin:

W = C VC 2

Donde:

W = energa almacenada en el condensador en Joule ( J )

C = capacidad en Faradios ( F )

VC = voltaje entre placas del condensador en voltios ( V )

La energa almacenada en el condensador no se libera en el instante en que se desconecta de la fuente. La liberacin de la carga depende de varios factores tales como la constante dielctrica, la resistencia dielctrica, la humedad del medio ambiente entre otras. Todo esto influye en la disipacin gradual de la energa almacenada. Por seguridad los condensadores grandes estn equipados con resistencias en paralelo que sirven para descargar el condensador a tierra, despus de ser desconectados de la lnea.