1. Electricidad y Magnetismo
Oscar Alejandro
García Benítez.
Registro: 11310145
G-205
Centro de
Enseñanza Técnico
Industrial (CETI)
2. CAPACITORES (Definición)
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.
3. Definición
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.
4. Definición
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.
5. Primer Capacitor
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. La
magnitud que caracteriza
a un capacitor es su
capacidad, cantidad de
carga eléctrica que puede
almacenar a una
diferencia de potencial
determinado.
6. Tipos de capacitores
CAPACITORES FIJOS
Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el
fabricante y su valor no se puede modificar. 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:
Cerámicos.
Plástico.
Mica.
Electrolíticos.
De doble capa eléctrica
7. Tipo de Capacitores(Ceramica)
El dieléctrico utilizado por
estos capacitores es la
cerámica, siendo el
material más utilizado el
dióxido de titanio. Este
material confiere al
condensador grandes
inestabilidades por lo que
en base al material se
pueden diferenciar dos
grupos:
Grupo I: caracterizados
por una alta estabilidad,
con un coeficiente de
temperatura bien definido
y casi constante.
8. Tipos de Capacitores(Ceramica)
Grupo II: su coeficiente de
temperatura no está
prácticamente definido y
además de presentar
características no lineales, su
capacidad varía
considerablemente con la
temperatura, la tensión y el
tiempo de funcionamiento. Se
caracterizan por su elevada
permitividad.
Las altas constantes
dieléctricas características de
las cerámicas permiten
amplias posibilidades de
diseño mecánico y eléctrico.
9. Tipos de Capacitores(Plastico)
Estos capacitores se
caracterizan por las
altas resistencias de
aislamiento y elevadas
tempeeraturas de
funcionamiento.
Según el proceso de
fabricación podemos
diferenciar entre los
de tipo k y tipo MK,
que se distinguen por el
material de sus
armaduras (metal en el
primer caso y metal
vaporizado en el
segundo).
10. Tipos de Capacitores(Plastico)
Según el dieléctrico usado se
pueden distinguir estos tipos
comerciales:
KS: styroflex, constituidos por
láminas de metal y poliestireno
como dieléctrico.
KP: formados por láminas de metal
y dieléctrico de polipropileno.
MKP: dieléctrico de polipropileno y
armaduras de metal vaporizado.
MKY: dieléctrco de polipropileno de
gran calidad y láminas de metal
vaporizado.
MKT: láminas de metal vaporizado
y dieléctrico de teraftalato de
polietileno (poliéster).
MKC: makrofol, metal vaporizado
para las armaduras y policarbonato
para el dieléctrico.
11. Tipo de Capacitores(Mica)
El dieléctrico
utilizado en este tipo
de capacitores es la
mica o silicato de
aluminio y potasio y
se caracterizan por
bajas pérdidas,
ancho rango de
frecuencias y alta
estabilidad con la
temperatura y el
tiempo.
12. Tipo de Capacitores(Doble Capa
Eléctrica)
Estos capacitores también se
conocen como supe
capacitores o CAEV debido a
la gran capacidad que tienen
por unidad de volumen. Se
diferencian de los capacitores
convencionales en que no
usan dieléctrico por lo que
son muy delgados. Las
características eléctricas más
significativas desde el punto
de su aplicación como fuente
acumulada de energía son:
altos valores capacitivos para
reducidos tamaños, corriente
de fugas muy baja, alta
resistencia serie, y pequeños
valores de tensión.
13. Tipo de
Capacitores(Electroliticos)
En estos capacitores
una de las armaduras
es de metal mientras
que la otra está
constituida por un
conductor iónico o
electrolito. Presentan
unos altos valores
capacitivos en relación
al tamaño y en la
mayoría de los casos
aparecen polarizados.
Aluminio
Tántalo
14. Tipo de Capacitores(Variables)
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 enfrentadas,
obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que destacan la
lineal, logarítmica y cuadrática corregida.
21. Energía Almacenada en el
Capacitor
El capacitor almacena energía en el campo eléctrico
que aparece entre las placas cuando se carga. La
energía almacenada puede calcularse a través de las
siguientes expresiones:
Wc =(1/2)*q*V
Wc=(1/2)*C*V
q = Carga
C = Capacidad
V = Tensión
Wc = Energía medida en Joule.
22. Capacitadores Serie
Un capacitor puede ser armado
acoplando otros en serie y/o en paralelo.
De esta manera se obtiene
una capacidad total equivalente para el
conjunto de capacitores que se puede
calcular mediante expresiones simples.
También es posible conocer las caídas
de potencial y la carga almacenada en
cada capacitor.
El acoplamiento de capacitores en serie
se realiza conectando en una misma
rama uno y otro capacitor, obteniendo
una capacidad total entre el primer borne
del primer capacitor y el último del último.
Capacidad total en 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.
23. Capacitores Serie
La carga de cada uno de los
capacitores de una rama en serie
es igual a la de los demás y es
igual a la carga equivalente
acumulada en toda la rama (entre
A y B)
A su vez, cada carga puede ser
calculada como q = C V de cada
capacitor, con lo que:
Y la carga total (qt) que es igual a
la carga sobre cualquier capacitor
se puede calcular sobre el
capacitor equivalente como:
24. Capacitores Paralelo
El acoplamiento en
paralelo de los
capacitores se realiza
conectándolos a todos a
los mismos dos bornes.
Capacidad total en
paralelo
La capacidad total (o
equivalente) en paralelo
se calcula sumando las
capacidades de cada
uno de los capacitores.
25. Capacitores Paralelo
Carga de capacitores en paralelo
La carga total es igual a suma de las
cargas almacenadas en cada
capacitor
Y cada carga puede calcularse como
q = C V de cada capacitor, pero en
este caso V es la misma para todos,
con lo que:
De esta manera, al ser V la misma,
puede verse que las cargas que
almacena cada capacitor para una
determinada tensión aplicada no son
iguales si las capacidades son
distintas.
26. Dieléctricos (Definición)
Aunque el dieléctrico y
el aislador generalment
e 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.
27. Definición
Un material dieléctrico esta
hecho de moléculas.
Dieléctricos polares tienen un
momento de dipolo.
Dieléctricos NO polares, no son
naturalmente polares, pero al ser
sometidos a un campo eléctrico,
se vuelven polares.
Las moléculas del dieléctrico se
alinean con el campo eléctrico
aplicado, de tal forma que el
campo “incluido” se opone al
campo externo.
Esto da lugar a una reducción del
campo eléctrico resultante entre
las placas.
Esto da lugar a una disminución
del potencial.
Si las placas se encuentran
conectadas a una batería, mas
carga fluirá hacia las placas.
La función de un dieléctrico
sólido colocado entre las láminas
es triple:
Resuelve el problema mecánico
de mantener dos grandes
láminas metálicas a distancia
muy pequeña sin contacto
alguno.
Consigue aumentar la diferencia
de potencial máxima que el
condensador es capaz de resistir
sin que salte una chispa entre las
placas (ruptura dieléctrica).
La capacidad de un condensador
de dimensiones dadas es varias
veces mayor con un dieléctrico
que separe sus láminas que si
estas estuviesen en el vacío.
29. Corriente Dieléctrica
Los dieléctricos más utilizados son el aire, el papel y la goma. La
introducción de un dieléctrico en un condensador aislado de una batería,
tiene las siguientes consecuencias:
Disminuye el campo eléctrico entre las placas del condensador.
Disminuye la diferencia de potencial entre las placas del condensador, en
una relación Vi/k.
Aumenta la diferencia de potencial máxima que el condensador es capaz
de resistir sin que salte una chispa entre las placas (ruptura dieléctrica).
Aumento por tanto de la capacidad eléctrica del condensador en k veces.
La carga no se ve afectada, ya que permanece la misma que ha sido
cargada cuando el condensador estuvo sometido a un voltaje.
Normalmente un dieléctrico se vuelve conductor cuando se sobrepasa el
campo de ruptura del dieléctrico. Esta tensión máxima se denomina rigidez
dieléctrica. Es decir, si aumentamos mucho el campo eléctrico que pasa
por el dieléctrico convertiremos dicho material en un conductor.
30. Capacitadores con Dielectricos
Capacitor con dieléctrico:
Michael Faraday, en 1837, fue el primero en investigar el
efecto de llenar el espacio entre las placas de un capacitor
con un dieléctrico. Faraday construyó dos capacitores
idénticos, llenando uno con un dieléctrico y el otro con aire
en condiciones normales. Cuando ambos capacitores fueron
cargados a la misma diferencia de potencial, los
experimentos de Faraday demostraron que la carga en el
capacitor con el dieléctrico era mayor que aquélla en el otro.
Puesto que q es mayor para la misma V con el dieléctrico
presente, se sigue de la relación C =q/V que la capacitancia
de un capacitor aumenta si se coloca un dieléctrico entre las
placas.(Suponemos, a menos que se indique lo contrario,
que el dieléctrico llena completamente el espacio entre las
placas.) El factor a dimensional por el cual crece la
capacitancia, en relación con su valor Co cuando no hay un
dieléctrico presente se llama constante dieléctrica Ke:
