capacitancia

Capacitancia

La capacitancia es la cualidad que tienen los diferentes tipos de condensadores para liberar una cierta cantidad de energía en un determinado momento.

Se define también, como la razón entre la magnitud de la carga (Q) en cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos (V). Es entonces la medida de la capacidad de almacenamiento de la carga eléctrica.
C = Q / V
El Voltaje es directamente proporcional a la carga almacenada, por lo que se da que la proporción Q/V es constante para un capacitor dado. La capacitancia se mide en Coulumb/ Volt o también en Farads o Faradios(F).La capacitancia es siempre una magnitud positiva.

TIPOS DE CAPACITORES

BIBLIOGRAFIA

• Autores: Marcos Alfredo Salami, Joao Bernárdez Rocha Filho, Claudio Galli

RIGIDEZ DIELÉCTRICA

Entendemos por rigidez dieléctrica o rigidez electrostática el valor límite de la intensidad del campo eléctrico en el cual un material pierde su propiedad aislante y pasa a ser conductor. Se mide en voltios por metro V/m (en el SI).

También podemos definirla como la máxima tensión que puede soportar un aislante sin perforarse. A esta tensión se la denomina tensión de rotura de un dieléctrico

E_{R = V / d        (v /m )}

Sustancia	Rotura dieléctrica (MV/m)
Helio	0.15
Aire	0.4 - 3.0 (depende de la presión)
Alumina	13.4
Vidrio de ventana	9.8 - 13.8
Aceite de silicio, Aceite mineral	10 - 15
Benceno	16
Poliestireno	19.7
Polietileno	18.9 - 21.7
Goma de Neopreno	15.7 - 27.6
Agua pura	30
Vacío	20 - 40 (depende de la forma del electrodo)
Vaso de cuarzo	25 - 40
Papel de cera	40 - 60
Teflon	60
Mica	20 - 70
Película delgada de SiO2	> 1000
Parafina	13.9
Papel parafinado	32 - 40 (depende del grosor de cada material)

Capacitor de placas planas y paralelas.

Dos placas paralelas de igual área A están separadas una distancia d como en la figura. Una placa tiene carga +Q, y la otra, carga -Q.

  E =  s  / E₀  =  j / E₀  (A)                                             s = ( Q / A )  ( C /m² )  

ALMACENAR ENERGÍA EN UN CONDENSADOR

La energía almacenada en un condensador, se puede expresar en términos del trabajo realizado por la batería. El Voltaje representa la energía por unidad de carga, de modo que el trabajo para mover un elemento de carga dq desde la placa negativa a la placa positiva es igual a V dq, donde V es el voltaje sobre el condensador. El voltaje es proporcional a la cantidad de carga que ya está en el condensador.

Elemento de energía almacenada:

Si Q es la cantidad de carga almacenada cuando el voltaje entero de la batería aparece en los terminales del condensador, entonces la energía almacenada se obtiene de la integral:

Esta expresión de la energía se puede poner en tres formas equivalentes por solo permutaciones de la definición de capacidad C=Q/V.

Resistor está diseñado para tener Resistencia, el Capacitor está diseñado para tener Capacitancia; mientras que los resistores se oponen al flujo de la corriente, los capacitores se oponen a cualquier cambio en el Tensión eléctrica; el Capacitor más pequeño capaz de acumular carga eléctrica se construye de dos placas y un aislante de aire llamado dieléctrico.

Los factores que determinan la Capacitancia de un Capacitor simple son: a) el área de la placas, b) la separación entre las placas y c) el material del dieléctrico; La Capacitancia es directamente proporcional al área de las placas y a la constante dieléctrica del material dieléctrico utilizado e inversamente proporcional a la distancia de separación de las placas, es decir: C = k A/ d = Faradios ; De ahí que si el área de las placas aumenta, con ello aumenta la Capacitancia; por el contrario, si la separación de las placas aumenta, disminuye la Capacitancia

De acuerdo a la fórmula C = k A / d, obtenemos el resultado en Faradios; si queremos el Resultado en Micro faradios (símbolo μf) entonces agregamos el factor de conversión 8.85 x 10 -" -y nuestra fórmula quedará así: C = 8.85xlO-8 A/d

Donde: C = Capacitancia en μf(Micro faradios)

A = Área de las placas, cm2

D = Distancia de separación de las placas, en cm.

En la práctica los capacitores suelen tener más de una placa, y para calcular la Capacitancia se multiplica el resultado de la fórmula por el número de placas menos uno, es decir: N-l; por ejemplo, en un capacitor múltiple que contiene5 placas, N = 5, por lo tanto, N-l = 4 

MEDIDAS DE CAPACITANCIA

Así como la unidad de medida de la tensión eléctrica es el Volt, etc., la unidad de medida de la Resistencia es el Ohm y la unidad de medida de la Capacitancia es el Faradio.

Un capacitor tiene una capacitancia de un Faradio cuando un voltio acumula en él una carga de un Coulomb; hay que recordar que un Coulomb equivale a una carga de 6.25 x 1018 electrones. La carga del Capacitor es producida por el movimiento de los electrones del circuito y se usa con la letra Q para designarla, y se mide en coulomb; la Carga depende de dos factores fundamentales:

a) La tensión a través del circuito y b) la Capacitancia en Faradios del Capacitor.

Esta relación se expresa con la siguiente ecuación: Q = C x E donde Q es la carga que adquiere el Capacitor, en Coulomb; C es la Capacitancia del Capacitor, en Faradios y E es la Tensión eléctrica a través del Capacitor, en voltios.

  

Los Capacitores en paralelo se manejan igual que los resistores en serie, mientras que los capacitores en serie se manejan igual que los resistores en paralelo. La razón de ello puede observarse en la siguiente figura: El área total de las placas es mucho mayor que la de un solo capacitor

CONEXIONES BÁSICAS CON CONCAPACITORES

Así como los Resistores se pueden conectar en serie y en paralelo, los capacitores algunas veces se conectan de la misma forma, sin embargo se manejan exactamente al contrario que los resistores: la Resistencia total de resistores en serie es igual a la suma de los valores de cada uno de los componentes, mientras que en los capacitores en paralelo se suman los valores de cada uno de ellos

1.- Capacitancia Total en paralelo Ctp = C1 + C2 + C3; Ctp=5+ 10+ 15 = 30μf

2.- Capacitancia Total en Serie 1 /Cs = 1 / C1 + C2 / C3 = 1/15+1/15+1/15 = 0.0666 + 0.0666 + 0.0666  = 1 / 0.2 = 5μf

  

PROPIEDADES   DE   LOS  CAPACITORES

Para  entender bien  la  teoría  básica  de  un  capacitor, supongamos que las dos placas que lo forman están colocadas dentro de una envoltura que mantiene el vacío como dieléctrico; así el área que rodea las placas estará libre de átomos. Por consiguiente, si a un capacitor se le conecta una batería, los electrones de la placa positiva serán atraídos por el polo positivo de la batería, mientras que el polo negativo de la batería repelerá los electrones de placa negativa; cuando los electrones libres de la placa positiva.

Son efectivamente transferidos a la placa negativa, se dice que el capacitor está totalmente cargado y la tensión almacenada es igual a la tensión aplicada, además de tener la misma polaridad que la fuente.

Cuando los capacitores se cargan permanecen cargados a menos que se los provea de una línea ó paso de descarga; cuando un capacitor descargado se conecta a una fuente de c.c., primero obra como si se tratara como un corto circuito, tan   pronto el capacitor se carga, el aparente flujo de corriente a  través del capacitor disminuye. Los capacitores permiten el flujo de c.c. sólo por un corto tiempo, luego actúan como un  circuito abierto; sin embargo cuando se trata de

Los capacitores de  alta calidad pueden  mantener una carga por largo periodo de tiempo; por consiguiente,   para   evitar   choques que pueden ser peligrosos, deben ser descargarlos: la mejor manera de hacerlo es colocar un destornillador entre sus terminales durante un minuto.

Teóricamente el material dieléctrico debería ser un aislante perfecto y no debería permitir flujo alguno de comente, sin embargo, no existe tal aislante perfecto, pues siempre hay un escape de corriente de la placa negativa hacia la placa positiva, a esta pequeña corriente se llama "corriente de fuga" ó corriente de escape; actualmente hay tres cosas que ocasionan pérdidas en el capacitor, a saber: a) corriente de fuga ó escape, b) pérdida por resistencia y c) pérdidas en el dieléctrico; las puntas y conexiones incluyendo las placas ofrecen cierta resistencia ¡resistencia interna) a la comente, a ésta pérdida de potencia se le llama : pérdida por resistencia; las pérdidas en el dieléctrico se deben a la fricción molecular dentro del material dieléctrico y algunas veces se le llama histéresis dieléctrica, esta pérdida de potencia ocurre cuando parte de la energía utilizada para cargar el capacitor se disipa en forma de calor debido a la fricción molecular. La cantidad de potencia que se pierde en el dieléctrico debido a la fricción molecular aumenta al aumentar la frecuencia de c.a., y a la inversa, disminuye al disminuir la frecuencia.

Uno de los problemas que ocurren con los dieléctricos es que cada uno de ellos, a cierto voltaje, deja pasar electricidad; dicho voltaje se llama " tensión de ruptura". Si en un capacitor ocurre un arco eléctrico entre sus placas cuando tiene una carga de 600 voltios, se dice que tiene una tensión de tensión de ruptura de 600 voltios. Algunos materiales dieléctricos, todos los de estado sólido, quedan definitivamente dañados después de soportar.

la tensión de ruptura, el capacitor debe ser reemplazado, puesto que el arco eléctrico perfora el dieléctrico; mientras que los capacitores con dieléctrico en estado líquido ó aire raramente sufren daños permanentes, puesto que el dieléctrico se repara por sí mismo después de que se suspende el arco eléctrico; el siguiente cuadro muestra algunos materiales dieléctricos con sus tensiones de ruptura

Los capacitores vienen normalmente especificados según la tensión que se les puede aplicar sin peligro de ruptura; por consiguiente, para escogerlo es necesario conocer su capacitancia tanto como el voltaje del circuito donde se lo va a usar; un capacitor típico de papel, especificado como de 0.1 µf a 600 WVDC (Working Volts D.C.) (Voltaje de trabajo de corriente directa) está diseñado para operar a 600 voltios c.c. Se clasifican de dos tipos: fijos y variables.