3er trabajo

1. República Bolivariana de Venezuela
Universidad Santa María
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Cátedra: Física II
Capacitores con dieléctricos
Profesor: Integrantes:
Javier Guerra Prieto Yhorman Ci: 28.058.647
Sección B Pinto Luis Ci: 27.671.357
Andrade Natacha Ci: 29.987.047
Enero del 2021

2. Índice
• Introducción……1
• Capacitores con dieléctricos…..2
• Diferentes tipos de capacitores……9
• Condensadores en paralelo……13
• Condensadores ideales en serie…..15
• Condensadores con pérdidas en serie……16
• Conclusión…..18
• Bibliografía…….19

3. Introducción
Un condensador o capacitor eléctrico está
formado por dos conductores separados por un
material aislante. El condensador eléctrico
almacena energía en la forma de un campo
eléctrico y se llama capacidad o capacitancia a la
cantidad de cargas eléctricas que es capaz de
almacenar. A continuación el estudio de este
tema:
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4. Capacitores con dieléctricos
El condensador eléctrico es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por
un aislante llamado dieléctrico. Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso
de la corriente. Su símbolo es:
Un dieléctrico es un material no conductor, como el caucho, el vidrio o el papel encerado.
Cuando un material dieléctrico se inserta entre las placas de un capacitor aumenta la
capacitancia. Si el dieléctrico llena por completo el espacio entre las placas, la capacitancia
aumenta en un factor adimensional k, conocido como constante dieléctrica. La constante
dieléctrica es una propiedad del material y varía de un material a otro. En esta sección se
analizara este cambio en capacitancia en términos de parámetros eléctricos tales como
carga eléctrica, campo eléctrico y diferencia de potencial.
La capacidad depende de las características físicas del condensador:
• Si el área de las placas que están frente a frente es grande la capacidad aumenta.
• Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad.
• El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas también afecta la
capacidad
• Si se aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada.
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5. Es posible efectuar el siguiente experimento para ilustrar el efecto de
un dieléctrico en un capacitor. Considere un capacitor de placas
paralelas que sin un dieléctrico tiene carga Qo y capacitancia Co, la
diferencia de potencial se mide mediante voltímetro. Debe suponer
que no puede fluir carga a través de un voltímetro ideal. En
consecuencia, no existe una trayectoria por la cual puede fluir la
carga y alterar la carga en el capacitor. Si ahora se inserta un
dieléctrico entre las placas, el voltímetro indica que el voltaje entre las
placas disminuye a un valor. Los voltajes con y sin dieléctrico se
relacionan mediante el factor K.
Puesto que <0, se ve que k>1.
En vista de que la carga Qo en el capacitor no cambia, se concluye
que la capacitancia debe cambiar hacia el valor.
Es decir, la capacitancia aumenta el factor K cuando el dieléctrico
llena por completo la región entre las placas. Para el capacitor de
placas paralelas, donde Co = EoA / d.
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6. De este modo se ve que
un dieléctrico brinda las
siguientes ventajas:
• Aumenta capacitancia.
• Aumenta voltaje de
operación máximo.
• Posible soporte
mecánico entre las
placas, lo cual permite
que las placas estén
muy juntas sin tocarse,
de este modo d
disminuye y C
aumenta.
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¿Qué ocurre cuando
introducimos un
dieléctrico dentro de un
condensador?
Cuando se introduce un
dieléctrico entre las
placas del capacitor el
dieléctrico se polariza, es
decir, hay una
redistribución de las
cargas positivas y
negativas dentro del
material. El campo
eléctrico inducido en el
dieléctrico se opone al
campo debido a las
cargas sobre las placas.

7. ¿Cómo afecta el espesor de un dieléctrico a un
capacitor?
Los condensadores electrolíticos utilizan como
dieléctrico una capa delgada de óxido no
conductor entre la lámina metálica y una
disolución conductora. Consigue aumentar la
diferencia de potencial máxima que el
condensador es capaz de resistir sin que salte
una chispa entre las placas (ruptura dieléctrica)
¿Cuáles son los tipos de
capacitores?
• Condensadores de
cerámica.
• Condensadores de lámina
de plástico.
• Condensadores de mica.
• Capacitores de poliéster
• Condensadores
electrolíticos
• Condensadores de tantalio
• Capacitores variables
giratorios
• Capacitores ajustables
“Trimmer”
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¿Qué es un líquido dieléctrico?
Un dieléctrico liquido es un material dieléctrico en
estado liquido. Su objetivo principal es prevenir o
apagar rápidamente las descargas eléctricas. Las
descargas eléctricas pueden provocar la
producción de impurezas que degraden el
rendimiento del dieléctrico.

8. Efecto del dieléctrico en un condensador
La mayor parte de los condensadores llevan entre sus láminas una sustancia no conductora o
dieléctrica. Un condensador típico está formado por láminas metálicas enrolladas, separadas
por papel impregnado en cera. El condensador resultante se envuelve en una funda de plástico.
Su capacidad es de algunos microfaradios.
La botella de Leyden es el condensador más primitivo, consiste en una hoja metálica pegada en
la superficie interior y exterior de una botella de vidrio.
Los condensadores electrolíticos utilizan como dieléctrico una capa delgada de óxido no
conductor entre una lámina metálica y una disolución conductora. Los condensadores
electrolíticos de dimensiones relativamente pequeñas pueden tener una capacidad de 100 a
1000 mF.
La función de un dieléctrico solido colocado entre las láminas es triple:
• Resuelve el problema mecánico de mantener dos grandes laminas 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. 6

9. Sea un condensador plano-paralelo cuyas laminas hemos cargado con
cargas +Q y -Q, iguales y opuestas. Si entre las placas se ha hecho un vacío y
se mide una diferencia de potencial Vo, su capacidad y la energía que
acumula serán
C0 = Q U0 = 1 Q2
V0 2 C0
Si introducimos un dieléctrico se observa que la diferencia de potencial
disminuye hasta un valor V. La capacidad del condensador con dieléctrico
será
C = Q = kC0
V
Donde k se denomina constante dieléctrica
La energía del condensador con dieléctrico es
U = = 1 Q2 = U0
2 C k
La energía de un condensador con dieléctrico disminuye respecto de la del
mismo condensador vacío. 7

10. ¿Qué es la polarización de un material
dieléctrico?
Si un material contiene moléculas
polares, estarán normalmente en una
orientación aleatoria cuando no tiene
un campo eléctrico aplicado. Si se
aplica un campo eléctrico, polarizara el
material, orientando los momentos de
dipolos de las moléculas polares.
¿Qué pasa si se separan las placas de
un capacitor?
Cuando la placa del condenador se
desplaza la capacidad disminuye, la
energía del condensador disminuye. A
medida que se separan las placas,
decrece la capacidad, las placas
pierden carga que va a la batería.
¿Cuál es la función principal de un
condensador?
Un condensador eléctrico es un
dispositivo pasivo, utilizado en
electricidad y electrónica, capaz de
almacenar energía sustentando un
campo eléctrico.
¿Cuál es la conformación de un
capacitor?
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, esta se encarga
e induce una carga de signo opuesto en
la otra placa. 8

11. Diferentes tipos de capacitores
Existen tres categorías diferentes de capacitores:
• De capacidad fija, con láminas metálicas paralelas.
• Semifijos o de capacidad ajustable
• De capacidad variables (prácticamente en desuso, pues han sido sustituidos
por diodos variacap p varistor)
Además, de acuerdo con el tipo de corriente que emplean para su
funcionamiento, los capacitores fijos pueden ser “polarizados” o “no polarizados”.
Los No polarizados se emplean en circuitos de corriente alterna), mientras los
polarizados como son, por ejemplo, los capacitores “electrolíticos”, se emplean
en circuitos energizados con corriente directa. Estos últimos se diferencian de los
anteriores en que el extremo de conexión negativo se identifica con uno o varios
signos menos (-) impresos a un costado del cuerpo. Resulta estrictamente
necesario respetar esa polaridad cuando se conectan los capacitores electrolíticos
en un circuito eléctrico de corriente directa, porque de lo contrario, se hinchan
quedando inutilizados o, incluso, pueden llegar a explotar.
Según la forma que se encuentren colocados los terminales de conexión
en la capsula o cuerpo del capacitor, estos pueden ser “A” axiales o “B”
radiales.
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12. Antiguos capacitores fijos, empleados durante la primera mitad y parte de la segunda del
siglo XX. A – Con dieléctrico de mica. B – Con dieléctricos de papel. C – Con dieléctricos de
poliéster. Todos esos capacitores eran de mayor tamaño que los que se emplean
actualmente para realizar las mismas funciones para las que en aquellos tiempos fueron
creados, a las que ahora se añaden otras nuevas. La tensión de trabajo de esos antiguos
capacitores variaba entre los 125 y los 500 volt de tensión aproximadamente.
Composición de los capacitores más comunes
Composición de un capacitor común (no polarizado)
Composición interna más común de un capacitor no polarizado. En (A) los números 1 y 3
representan las dos hojas metálicas que lo componen, generalmente de estaño; 2 y 4
corresponden al material dieléctrico que las separa. En (B) se observa la forma en que se
enrollan las hojas metálicas junto con el dieléctrico, mientras que en (C) se puede ver el
capacitor ya terminado.
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13. Composición de un capacitor electrolítico seco (polarizado)
A – Electrodo de aluminio (Al) con polaridad positiva (+)
B – Electrodo también de aluminio, pero con polaridad negativa (-)
C – Película de óxido de aluminio (Al2O).
D – Algodón embebido en electrolito.
E – Terminal externo positivo (+) para conexión al circuito electrónico.
F – Terminal externo negativo (-) también para conexión al circuito.
Corte seccional de un capacitor electrolítico liquido (polarizado)
1 – Envoltura cilíndrica de aluminio, correspondiente al polo negativo (-).
2 – Película de óxido de aluminio (Al2O).
3 – Electrolito.
4 – Electrodo de aluminio (Al), químicamente puro, correspondiente al polo positivo (+) o ánodo.
5 – Compuesto sellador.
6 – Terminales externos positivos (+) y negativo (-) para conectarlos al circuito electrónico.
Cuando el capacitor del tipo radial con electrolito liquido es nuevo, el terminal positivo es más largo que el
negativo, de forma tal que las polaridades se puedan identificar fácilmente.
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14. Teoría molecular de las cargas inducidas
La disminución de la diferencia de potencial que experimenta el condensador cuando se
introduce el dieléctrico puede explicarse cualitativamente del siguiente modo.
Las moléculas de un dieléctrico pueden clasificarse en polares y no polares. Las moléculas como
H2, N2, O2, etc. Son no polares. Las moléculas son simétricas y el centro de distribución de las
cargas positivas coincide con el de las negativas. Por el contrario, las moléculas N2O y H2O no
son simétricas y los centros de distribución de carga no coinciden.
Bajo la influencia de un campo eléctrico, las cargas de una molécula no polar llegan a
desplazarse como se indica en la figura, las cargas positivas experimentan una fuerza en el
sentido del campo y las negativas en sentido contrario al campo. La separación de equilibrio se
establece cuando la fuerza eléctrica se compensa con la fuerza recuperadora (como si un muelle
uniese los dos tipos de cargas). Este tipo de dipolos formados a partir de moléculas no polares
se denominan dipolos inducidos.
Las moléculas polares o dipolos permanentes de un dieléctrico están orientados al azar cuando
no existe campo eléctrico, como se indica en la figura de la derecha. Bajo la acción de un campo
eléctrico, se produce cierto grado de orientación. Cuando más intenso es el campo, tanto mayor
es el número de dipolos que se orientan en la dirección del campo.
Sean polares o no polares las moléculas de un dieléctrico, el efecto neto de un campo exterior
se encuentra representado en la figura inferior. Al lado de la placa positiva del condensador,
tenemos carga inducida negativa y al lado de la placa negativa del condensador, tenemos carga
inducida positiva.
Agrupación de condensadores
• Los condensadores se unen mediante hilos superconductores
• Los condensadores se unen mediante cables que presentan cierta resistencia de paso de la
corriente.
• Se tiene en cuenta la autoinducción del circuito.
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15. Condensadores en paralelo
Los condensadores se pueden agrupar en serie o en paralelo.
El caso más importante sucede cuando se conectan las placas
del mismo signo de dos condensadores de capacidades C1 y C2.
Si inicialmente, el condensador C1 se ha cargado con una carga
Q y se conecta al condensador C2 inicialmente descargado.
Después de conectarlos, las cargas pasan de un condensador al
otro hasta que se igualan los potenciales.
Las cargas finales de cada condensador q1 y q2 se obtienen a
partir de las ecuaciones de la conservación de la carga y de la
igualdad de potenciales de los condensadores después de la
unión
Q = q1 + q2
V = q1 = q2
C1 C2
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16. Despejando q1 y q2 en el sistema de dos ecuaciones
q1 = Q C1 .
C1 + C2
q2 = Q C1 .
C1 + C2
La energía inicial, es la almacenada en forma de campo eléctrico en
condensador de capacidad C1
U1 = 1 Q2
10 + 1 Q2
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2 C1 2 C2
La energía final, es la suma de las energías almacenadas en los dos
condensadores
U1 = 1 q2
1 + 1 q2
2 = 1 Q2 .
2 C1 2 C2 2 C1 + C2
Como vemos la energía final Uf es menor que la inicial U1 14

17. Condensadores ideales en serie
Sean dos condensadores de capacidades C1 y C2 dispuestos en
serie.
Los dos condensadores tienen la misma carga q. La diferencia
de potencial entre a y c es
VAC = Vab + Vbc = q/C1 + q/C2 = q(1/C1 + 1/C2)
La agrupación de dos condensadores en serie es equivalente al
de un condensador de capacidad Ce
1 = 1 + 1 .
Ce C1 C2
Esta es la situación ideal, en la que se supone que los
condensadores no pierden carga, las dos placas del
condensador están perfectamente aisladas una de la otra. 15

18. Condensadores con pérdidas en serie
Un condensador con pérdida de carga es equivalente a un condensador
ideal de capacidad C que se descarga a través de una resistencia R.
La resistencia R no suele ser constante sino que depende de la diferencia de
potencial V=q/C entre las placas del condensador. Sin embargo, en nuestro
estudio supondremos que la resistencia R es constante. Hay condensadores
que tiene constantes de tiempo RC del orden de minutos. Sin embargo, hay
otros como aceites o plásticos especiales cuyas constantes de tiempo se
miden en horas o en días.
Consideremos ahora la situación que se muestra en la figura, en la cual los
condensadores tienen perdidas. Se establece una diferencia de potencial V
entre a y c.
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19. ¿Cuándo aumenta la
capacitancia?
La capacitancia se expresa
como la relación entre la
carga eléctrica de cada
conductor y la diferencia de
potencial (es decir, tensión)
entre ellos. La capacitancia
puede aumentar cuando las
placas de un capacitor
(conductores) están
colocadas más cerca entre sí.
Las placas más grandes
ofrecen más superficie.
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¿Qué es el calentamiento
dieléctrico?
El calentamiento dieléctrico es
un calentamiento a través de
radiación electromagnética de
una longitud de onda de entre
0.001 y 1m (correspondiente a
unas frecuencias entre 300
and 0.3 GHz) es decir, ondas
de radio y microondas.

20. Conclusión
Un capacitor está formado por dos conductores
separados por un material aislante.
Los condensadores se pueden agrupar en serie o en
paralelo
Un dieléctrico o aislante es un material que evita el
paso de la corriente, y su función es aumentar la
capacitancia del capacitor.
Los diferentes materiales que se utilizan como
dieléctricos tiene diferentes grados de permisividad
(diferente capacidad para el establecimiento de un
campo eléctrico). Mientras mayor sea la
permisividad, mayor es la capacidad del
condensador eléctrico.
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21. Bibliografía
• www.asifunciona.com
• www.johadiazcubides.wordpress.com
• www.sc.ehu.es
• www.unicrom.com
• www.fisic.ch
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