Condensadores

domingo, 21 de noviembre de 2010

Capacitor y Capacitancia

CAPACITOR

Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.

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. son utilizados en: Ventiladores, motores de Aire Acondicionado, en Iluminación, Refrigeración, Compresores, Bombas de Agua y Motores de Corriente Alterna, etc.

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 Farad (F).

La diferencia de potencial entre estas placas es igual a: V = E * d ya que depende de la intensidad de campo eléctrico y la distancia que separa las placas. También: V =q / e * d, siendo q carga por unidad de superficie y d la diferencia entre ellas. Para un capacitor de placas paralelas de superficie S por placa, el valor de la carga en cada una de ellas es q * S y la capacidad del dispositivo:

C = q * S / (q * d / e ) = e * S / d

Siendo d la separación entre las placas.

CAPACITANCIA

Se define como la razón entre la magnitud de la carga de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos.

La capacitancia siempre es una cantidad positiva y puesto que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga almacenada se incrementa, la proporción Q / V es constante para un capacitor dado. En consecuencia la capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad para almacenar carga y energía potencial eléctrica.
La capacitancia tiene la unidad del SI coulomb por volt. La unidad de capacitancia del SI es el farad (F), en honor a Michael Faraday.

Capacitancia es una medida de la cantidad de carga eléctrica almacenado (o separado) para dado potencial eléctrico. La forma más común de dispositivo de almacenaje de la carga es una dos-placa condensador. Si las cargas en las placas son +Q y −Q, y V da la diferencia del voltaje entre las placas, después la capacitancia se da cerca

SI la unidad de la capacitancia es faradio; 1 faradio = 1 culombio por voltio

CAPACITANCIA = 1F = 1 C

1 V
El farad es una unidad de capacitancia muy grande. En la práctica los dispositivos comunes tienen capacitancia que varían de microfarads a picofarads.
La capacitancia de un dispositivo depende entre otras cosas del arreglo geométrico de los conductores.

C=Q/V

Dieléctrico

Se denomina dieléctricos a los materiales que no conducen la electricidad, por lo que se pueden utilizar como aislantes eléctricos. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, la mica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita.

El término fue acuñado por Guillermo Whewell en respuesta a una petición de Michael Faraday. Whewell consideraba “diámetro-eléctrico”, del griego “dia” que significa “por”, puesto que un campo eléctrico pasa a través del material pero se sentía que “el dieléctrico” era más fácil de pronunciar. Aunque el “dieléctrico” y el “aislador” generalmente se consideran sinónimo, el término “dieléctrico” es más de uso frecuente al considerar el efecto de alternar campos eléctricos en la sustancia mientras que el “aislador” es más de uso frecuente cuando el material se está utilizando para soportar un alto campo eléctrico.

Eficacia de los dieléctricos

La eficacia de los dieléctricos se mide por su relativa capacidad de almacenar energía y se expresa en términos de constante dieléctrica (también denominada permitividad relativa), tomando como unidad el valor del vacío. Los valores de esa constante varían desde poco más de 1 en la atmósfera hasta 100 o más en ciertas cerámicas que contienen óxido de titanio. El vidrio, la mica, la porcelana y los aceites minerales, que a menudo se utilizan como dieléctricos, tienen constantes entre 2 y 9.

La capacidad de un dieléctrico de soportar campos eléctricos sin perder sus propiedades aislantes se denomina resistencia de aislamiento o rigidez dieléctrica. Un buen dieléctrico debe devolver un gran porcentaje de la energía almacenada en él al invertir el campo. Los dieléctricos, especialmente los que tienen constantes dieléctricas altas, se emplean ampliamente en todas las ramas de la ingeniería eléctrica para incrementar la eficacia de los condensadores.

Aislamiento eléctrico

El aislamiento eléctrico se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a través del elemento que recubre y lo mantiene en su trayectoria a lo largo del conductor. Dicho material se denomina aislante eléctrico.

Diferencia entre aislantes y conductores

La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con facilidad.

De acuerdo con la teoría moderna de la materia (comprobada por resultados experimentales), los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas. Estas cargas negativas, los electrones, son indivisibles e idénticas para toda la materia.

En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor.
A este movimiento de electrones es a lo que se llama corriente eléctrica. Algunos materiales, principalmente los metales, tienen un gran número de electrones libres que pueden moverse a través del material. Estos materiales tienen la facilidad de transmitir carga de un objeto a otro, estos son los antes mencionados conductores.

Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector).

Permisividad o Permitividad

La permitividad (o impropiamente constante dieléctrica) es una constante física que describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio. La permitividad del vacío $\varepsilon_0$ es 8,8541878176x10^-12 F/m.

La permitividad está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de un campo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del material. Está directamente relacionada con la susceptibilidad eléctrica. Por ejemplo, en un condensador una alta permitividad hace que la misma cantidad de carga eléctrica se almacene con un campo eléctrico menor y, por ende, a un potencial menor, llevando a una mayor capacitancia del mismo.

Explicación

En electromagnetismo se define un campo de desplazamiento eléctrico D, que representa cómo un campo eléctrico E influirá la organización de las cargas eléctricas en el medio, por ejemplo, redistribución de cargas y reorientación de dipolos eléctricos. La relación de ambos campos (para medios lineales) con la permitividad es

$\mathbf{D}=\varepsilon \cdot \mathbf{E}$

donde ε es un escalar si el medio es isótropo o una matriz de 3 por 3 en otros casos.

La permitividad, tomada en función de la frecuencia, puede tomar valores reales o complejos. Generalmente no es una constante ya que puede variar con la posición en el medio, la frecuencia del campo aplicado, la humedad o la temperatura, entre otros parámetros. En un medio no lineal, la permitividad puede depender de la magnitud del campo eléctrico.

La unidad de medida en el Sistema Internacional es el faradio por metro (F/m). El campo de desplazamiento D se mide en culombios por metro cuadrado (C/m²), mientras que el campo eléctrico E se mide en voltios por metro (V/m).

D y E representan el mismo fenómeno, la interacción entre objetos cargados. D está relacionado con las densidades de carga asociada a esta interacción. E se relaciona con las fuerzas y diferencias de potencial involucradas. La permitividad del vacío $\varepsilon_0$ , es el factor de escala que relaciona los valores de D y E en ese medio. $\varepsilon_0$ es igual a 8.8541878176...×10^-12 F/m. Las unidades de $\varepsilon_0$ en el Sistema Internacional de Unidades es farad por metro (F/m). En el Sistema Internacional de Unidades, la fuerza se mide en newtons (N), la carga en coulombs (C), la distancia en metros (m), y la energía en julios (J). Como en todas las ecuaciones que describen fenómenos físicos, usar un sistema consistente de unidades es esencial.

Permitividad del vacío

La permitividad del vacío $\varepsilon_{0}$ es el cociente de los campos D/E en ese medio. También aparece en la ley de Coulomb como parte de la constante de fuerza de Coulomb, $\frac{1}{ 4 \pi \epsilon_0}$ , que expresa la atracción entre dos cargas unitarias en el vacío.

$\varepsilon_0 = \frac{1}{c^2\mu_0} = \frac{625000}{22468879468420441 \pi}\,\frac{\mathrm{F}}{\mathrm{m}}= 8.8541878176\ldots \times 10^{-12} \ \mathrm{F/m},$

donde $c$ es la velocidad de la luz y $μ 0$ es la permeabilidad magnética del vacío. Estas tres constantes están totalmente definidas en unidades del SI.

Permitividades absoluta y relativa

La permitividad de un material se da normalmente en relación con la del vacío, denominándose permitividad relativa, $\varepsilon_{r}$ (también llamada constante dieléctrica en algunos casos). La permitividad absoluta se calcula multiplicando la permitividad relativa por la del vacío:

$\varepsilon = \varepsilon_r \varepsilon_0 = (1+\chi_e)\varepsilon_0$

donde $\,\chi_e$ es la susceptibilidad eléctrica del material. En la siguiente tabla se muestran las permitividades absolutas de algunos dieléctricos:

Material	$\varepsilon$ (p F/m)	Material	$\varepsilon$ (pF/m)
Aceite mineral	19,5	Caucho	de 20 a 50
Acetona	191	Madera	de 10 a 60
Aire	8,84	Papel duro	49,5
Agua destilada	708	PVC	de 30 a 40
Baquelita	de 50 a 80	Vidrio	de 40 a 60

La permitividad en los medios

En el caso común de un medio isótropo, D y E son vectores paralelos y $\varepsilon$ es un escalar, pero en medios anisótropos, este no es el caso y $\varepsilon$ es un tensor de rango 2 (lo que causa birrefringencia). La permitividad eléctrica $\varepsilon$ y la permeabilidad magnética $μ$ de un medio determinan la velocidad de fase v de radiación electromagnética dentro del mismo:

$\varepsilon \mu = \frac{1}{v^2}$

Cuando un campo eléctrico es aplicado a un medio, una corriente fluye. La corriente total que discurre por un material real está, en general, compuesta de dos partes: una corriente de conducción y una de desplazamiento. La corriente de desplazamiento puede pensarse como la respuesta elástica de un material al campo eléctrico aplicado. Al aumentar la magnitud del campo eléctrico, la corriente de desplazamiento es almacenada en el material, y cuando la intensidad del campo disminuye, el material libera la corriente. El desplazamiento eléctrico se puede separar entre una contribución del vacío y una del material:

$\mathbf{D} = \varepsilon_{0} \mathbf{E} + \mathbf{P} = \varepsilon_{0} \mathbf{E} + \varepsilon_{0}\chi\mathbf{E} = \varepsilon_{0} \mathbf{E} \left( 1 + \chi \right),$

donde P es la polarización del medio y $χ$ es la susceptibilidad eléctrica. Se deduce que la permitividad relativa y la susceptibilidad de un material están relacionadas, $\varepsilon_{r} = \chi + 1$ .

Absorción

En electricidad, se llama absorción a la propiedad de un dieléctrico utilizado en un condensador por el cual fluye una pequeña corriente de carga después de que las placas han alcanzado el potencial final, y por el que también fluye una pequeña corriente de descarga después de haber sido cortocircuitadas las placas, al haber interrumpido el cortocircuito durante unos minutos, y nuevamente haber sido cortocircuitadas. Denominada también saturación dieléctrica.

Farad o Faradio

Unidad de medida de los capacitores / condensadores.
El Faradio (F) es la unidad de capacidad eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades, nombrada así en homenaje a Michael Faraday.

El faradio, se puede definir como la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.

DEFINICION
El faradio se define como la cantidad de capacitancia para cuál a diferencia potencial de uno voltio resultados en a carga estática de uno culombio. Tiene la representación del SI de la base de s^4 · A^b2 · m^-2 · kilogramo^-1. Desde amperio es el índice del flujo eléctrico (actual) de un culombio por el segundo, una definición alterna es que un faradio es la cantidad de capacitancia que requiera un segundo para un flujo de un amperio de la carga para cambiar el voltaje por uno voltio.

A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.

Múltiplos del Sistema Internacional para faradio (F)
Valor	Símbolo	Nombre	Valor	Símbolo	Nombre
Submúltiplos			Múltiplos
10^–1 F	dF	decifaradio	10¹ F	daF	decafaradio
10^–2 F	cF	centifaradio	10² F	hF	hectofaradio
10^–3 F	mF	millifaradio	10³ F	kF	kilofaradio
10^–6 F	µF	microfaradio	10⁶ F	MF	megafaradio
10^–9 F	nF	nanofaradio	10⁹ F	GF	gigafaradio
10^–12 F	pF	picofaradio	10¹² F	TF	terafaradio
10^–15 F	fF	femtofaradio	10¹⁵ F	PF	petafaradio
10^–18 F	aF	attofaradio	10¹⁸ F	EF	exafaradio
10^–21 F	zF	zeptofaradio	10²¹ F	ZF	zettafaradio
10^–24 F	yF	yoctofaradio	10²⁴ F	YF	yottafaradio
Prefijos comunes de unidades están en negrita.

Capacitor variable

CAPACITOR VARIABLE
(CONDENSADOR VARIABLE)

Un condensa

dor variable es un condensador cuya capacidad puede ser deliberada se puede cambiar intencionalmente y en varias ocasiones mecánicamente o electrónicamente (es aquel en el cual se pueda cambiar el valor de su capacidad).Los condensadores variables son de uso frecuente adentro Circuitos de L/C (circuito del voltaje residual)para fijar la frecuencia de la resonancia, e.g. para templar una radio (por lo tanto se llaman a veces condensadores que templan), o como variable reactancia (una medida de oposición a sinusoidal corriente alterna), e.g. para el emparejar de la impedancia en sintonizadores de la antena.

SIMBOLO

Estos capacitores presentan una capacidad que podemos variar entre ciertos límites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre capacitores variables, su aplicación conlleva la variación con cierta frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y capacitores ajustables o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparación y puesta a punto).

La variación de la capacidad se lleva a cabo mediante el desplazamiento mecánico entre las placas enfrentadas. La relación con que varían su capacidad respecto al ángulo de rotación viene determinada por la forma constructiva de las placas enfrentedas, obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que destacan la lineal, logarítmica y cuadrática corregida. Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.

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(es una sustancia no conductora, es decir. aislador). 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.

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.

EL PRIMER CAPACITOR

El primer capacitor es la botella de Leyden, el cual es un capacitor simple en el que las dos placas conductoras son finosrevestimientos metálicos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el dieléctrico. La magnitud que caracteriza a uncapacitor es su capacidad, cantidad de carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.
La botella de Leyden, uno de los capacitores más simples, almacena una carga eléctrica que puede liberarse, o descargarse, juntando sus terminales, mediante una varilla conductora. La primera botella de Leyden se fabricó alrededor de 1745, y todavía seutiliza en experimentos de laboratorio
En 1746, Pieter van Musschenbroek, que trabajaba en la Universidad de Leiden, efectuó un experimento para comprobar si una botella llena de agua podía conservar cargas eléctricas. Esta botella consistía en un recipiente con un tapón al cual le atraviesa una varilla metálica que queda sumergida en el líquido. La varilla tiene una forma de gancho en la parte superior al cual se le acerca un conductor cargado eléctricamente. Durante la experiencia un asistente separó el conductor y recibió una fuerte descarga al aproximar su mano a la varilla.

¿QUE ES?

La botella de Leyden es un dispositivo eléctrico realizado con una botella de vidrio que permite almacenar cargas eléctricas. Históricamente la botella de Leyden fue el primer tipo de condensador.

LUGARES DONDE PUEDEN SER UTILIZADOS

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.