El documento define un capacitor como un dispositivo que almacena carga eléctrica entre dos placas conductoras separadas por un material aislante. Explica que la capacitancia de un capacitor depende de su área y distancia entre placas, y que puede calcularse como la razón entre la carga almacenada y la diferencia de potencial entre las placas. También describe brevemente los tipos de capacitores y cómo medir su capacitancia.

1. Centro de Estudios Tecnológicos, Industrial y de Servicios No. 109 Integrantes: *Gutiérrez Rodriguez Cinthya Esmeralda *Meza Balleza Rosa Isela *Reyes Hernández Cristina Lizbeth *Juárez Flores Dulce Esperanza 5to. K

2. Tema:

3. Definición Consideremos dos conductores que tienen una diferencia de potencial V entre ellos, y supongamos que los dos conductores tienen cargas iguales y de signo opuesto. Esto se puede lograr conectando los dos conductores descargados a las terminales de una batería. Una combinación de conductores así cargados es un dispositivo conocido como condensador. Se encuentra que la diferencia de potencial V es proporcional a la carga Q en el condensador.

4. Capacitor : Construcción : Un capacitor se compone básicamente de 2 placas conductoras paralelas, separadas por un aislante denominado dieléctrico.

5. Capacitancia. La capacitancia entre dos conductores que tienen cargas de igual magnitud y de signo contrario es la razón de la magnitud de la carga en uno u otro conductor con la diferencia de potencial resultante entre ambos conductores. C = Q V

6. Obsérvese que por definición la capacitancia es siempre una cantidad positiva. Además, como la diferencia de potencial aumenta al aumentar la carga almacenada en el condensador, la razón Q/V es una constante para un condensador dado. Por lo tanto, la capacitancia de un dispositivo es la medida de su capacidad de almacenar carga y energía potencial eléctrica.

7. Las unidades de la capacitancia en el SI son el Coulomb por Volt. La unidad en el SI para la capacitancia es el faradio (F), en honor a Michael Faraday. 1 farad (F) = 1 coulomb (C) 1 volt (V)

8. Se denomina Faradio (F), en honor a Michael Faraday, a la unidad de capacidad eléctrica del SI de unidades. 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.

9. 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.

10. 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 Culombios/Voltio o también en faradios (F). La capacitancia es siempre una magnitud positiva.

11. Existen dos tipos de capacitores: * Cerámico: Consta de dos pequeñas placas paralelas que están separadas por un elemento dieléctrico que impide la conducción entre estas (aislantes), su forma común es la de una lenteja y su construcción es cerámica. * Electrolítico : Puede constar de dos placas, pero comúnmente está conformado por dos laminillas que se rodean mutuamente en forma de rollo; el elemento dieléctrico es mica o algún plástico. Todo el arreglo se encuentra sumergido en una solución que puede modificar el funcionamiento del capacitor. En este caso, los capacitores electrolíticos a diferencia de los cerámicos, cuentan con una polarización y se encuentran dentro de un almacenaje metálico parecido a un bote.

12. MEDICIÓN DE CAPACITANCIA En la actualidad, en los equipos de medición de capacitancia solamente requiere de conectar el dispositivo bajo medición entre sus terminales y apretar un botón para que la lectura aparezca en un indicador, aunque también existen equipos de tipo analógico que requieren además manipular algunas perillas y visualizar una pequeña aguja dentro de una escala graduada para llevar a balance un circuito puente y realizar la lecturaen base a multiplicadores y escalas limitadas en resolución. Abordando de este modo el problema de medición de capacitancia no se tendría mucho que hacer, sin embargo hay que tener en cuenta muchos aspectos para una buena calidad en la medición.

13. Primero se tiene que saber como esta midiendo nuestro equipo, y una manera de poder verificar es calibrándolo. En mediciones de alta exactitud (a nivel primario y secundario) este factor es muy importante ya que en variaciones de un grado Celsius provocan cambios en el valor del capacitor de hasta 0,005 %. A nivel industrial el coeficiente de temperatura puede llegar a ser lo suficientemente grande como para provocar cambios indeseables en el valor del capacitor. Debido a esto, es conveniente conocer la magnitud del coeficiente de temperatura para posteriormente realizar correcciones por temperatura a las mediciones que se hacen.

14. DEFINICIÓN DE CAPACITANCIA La capacitancia es la propiedad de un circuito eléctrico de oponerse al cambio en la magnitud de tensión a través del circuito. También capacitancia se refiere a la característica de un sistema que almacena carga eléctrica entre sus conductores y un dieléctrico, almacenando así una energía en forma de campo eléctrico. Este dispositivo se le denomina Capacitor y su símbolo eléctrico es:

15. 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 está definido por el segundo (s ) y el ampere (A). 1F = 1C ____ 1 A* 1 s ________ 1V 1V

16. Los cables que se emplean es otro factor de influencia para la realización de una adecuada conexión entre el capacitor y el equipo de medición. Se hace necesario llevar acabo un análisis para elegir el cable adecuado en función del equipo de medición. Para equipos que funcionan con tensiones de prueba de corriente alterna el cable coaxial es el más indicado. Cuando el equipo tiene su propio cable los problemas se reducen, sin embargo comienzan cuando se usan adaptadores, pues hay que compensar los efectos que estos producen.

17. También es adecuado un perfecto contacto entre el cable y su conector. -En un capacitor es importante la limpieza de sus terminales y de su cubierta en general. -Los impactos mecánicos en ocasiones pueden ser fatales para la vida de una capacitor, y este factor depende del cuidado que se tenga con él. En general, la medición de capacitancia puede llegar a realizarse tan minuciosamente como se desee, todo en función de la calidad de la medición.

18. MANTENIMIENTO DE UN CAPACITOR Los capacitores en general no requieren ningún mantenimiento muy especial, salvo aquellos como los patrones que se tienen en baños de aire o aceite controlados en temperatura. Someter a un capacitor a grandes cambios de temperatura, por ejemplo, pueden provocar fracturas en sellos y ocasionalmente producir la fuga de dieléctricos húmedos; o por el contrario, adquirir humedad ante ambientes que tiendan a condensar partículas de agua.

19. Limitaciones a la carga de un conductor Puede decirse que el incremento en potencial V es directamente proporcional a la carga Q colocada en el conductor. Por consiguiente, la razón de la cantidad de carga Q al potencial V producido, será una constante para un conductor dado, Esta razón refleja la capacidad del conductor para almacenar carga y se llama capacidad C. C = Q V

20. La unidad de capacitancia es el coulomb por volt o farad (F). Por tanto, si un conductor tiene una capacitancia de un farad, una transferencia de carga de un coulomb al conductor elevará su potencial en un volt. Cualquier conductor tiene una capacitancia C para almacenar carga. La cantidad de carga que puede colocarse en un conductor está limitada por la rigidez dieléctrica del medio circundante.

21. Rigidez dieléctrica Es la intensidad del campo eléctrico para el cual el material deja de ser un aislador para convertirse en un material conductor. Hay un limite para la intensidad del campo que puede existir en un conductor sin que se ionice el aire circundante. Cuando ello ocurre, el aire se convierte en un conductor. El valor límite de la intensidad del campo eléctrico en el cual un material pierde su propiedad aisladora, se llama rigidez dieléctrica del material.

22. La rigidez dieléctrica es aquel valor de E para el cual un material dado deja de ser aislante para convertirse en conductor. Para el aire este valor es :

23. Constante dieléctrica. La constante dieléctrica K para un material particular se define como la razón de la capacitancia C de un capacitor con el material entre sus placas a la capacitancia C0 en el vacío. K = C C0

24. Calculo de la capacitancia en diferentes configuraciones La capacitancia de un par de conductores cargados con cargas opuestas puede ser calculada de la siguiente manera. Se supone una carga de magnitud Q. Así entonces simplemente se utiliza C=Q/V para evaluar la capacitancia. Como podría esperarse, el cálculo de la capacitancia es relativamente fácil si la geometría del condensador es simple.

25. Condensador de placas 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. Un condensador de placas paralelas consta de dos placas paralelas cada una de área A, separadas una distancia d. Las placas tienen cargas iguales y opuestas.

26. La carga por unidad de área en cada placa es ô = Q/A. Si las placas están muy cercanas una de la otra, podemos despreciar los efectos de los extremos y suponer que el campo eléctrico es uniforme entre las placas y cero en cualquier otro lugar. El campo eléctrico entre las placas esta dado por :

27. La diferencia de potencial entre las placas es igual a Ed ; por lo tanto, Sustituyendo este resultado , encontramos que la capacitancia esta dada por : Esto significa que la capacitancia de un condensador de placas paralelas es proporcional al área de éstas e inversamente proporcional a la separación entre ellas.

28. Ejemplo. Condensador de placas paralelas. Un condensador de placas paralelas tiene un área A=2cm²=2X10¯4m² y una separación entre las placas d=1mm = 10¯³m. Encuentre su capacitancia. Solución:

29. Capacitores en Serie y Paralelo Con frecuencia los circuitos eléctricos contienen dos o más capacitores agrupados entre sí. Al considerar el efecto de tal agrupamiento conviene recurrir al diagrama del circuito, en el cual los dispositivos eléctricos se representan por símbolos.

30. En la figura se definen los símbolos de cuatro capacitores de uso común. El lado de mayor potencial de una batería se denota por una línea más larga. El lado de mayor potencial de un capacitor puede representarse mediante una línea recta en tanto que la línea curva representará el lado de menor potencial. Una flecha indica un capacitor variable. Una tierra es una conexión eléctrica entre el alambrado de un aparato y su chasis metálico o cualquier otro reservorio grande de cargas positivas y negativas. Definición de los símbolos que se usan con frecuencia con capacitores.

31. Considérese primero el efecto de un grupo de capacitores conectados a lo largo de una sola trayectoria, Una conexión de este tipo, en donde la placa positiva de un capacitor se conecta a la placa negativa de otro, se llama conexión en serie. La batería mantiene una diferencia de potencial V entre la placa positiva C1 y la placa negativa C3, con una transferencia de electrones de una a otra.

32. La carga no puede pasar entre las placas del capacitor ; en consecuencia, toda la carga contenida dentro del paralelogramo punteado, Fig. sig, es carga inducida. Por esta razón, la carga en cada capacitor es idéntica. Se escribe : Q=Q1=Q2=Q3

33. donde Q es la carga eficaz transferida por la batería. Cálculo de la capacitancia equivalente de un grupo de capacitores conectados en serie.

34. Los tres capacitores pueden reemplazarse por una capacitancia equivalente C, sin que varíe el efecto externo. A continuación se deduce una expresión que sirve para calcular la capacitancia equivalente para esta conexión en serie. Puesto que la diferencia de potencial entre A y B es independiente de la trayectoria, el voltaje de la batería debe ser igual a la suma de las caídas de potencial a través de cada capacitor. V=V1+V2+V3

35. Si se recuerda que la capacitancia C se define por la razón Q/V, la ecuación se convierte en Para una conexión en serie, Q=Q1=Q2=Q3 así, que si se divide entre la carga, se obtiene : 1 = 1 + 1 + 1 Ce C1 C2 C3

36. La capacitancia eficaz total para dos capacitores en serie es : Ce = C1 C2 C1 + C2 La capacitancia eficaz total para dos capacitores en serie es : Ce = C1 C2 C1 + C2

37. ENERGIA EN UN CAPACITOR La diferencia de potencial es a la energía por unidad de carga positiva, entonces si seintegra la diferencia de potencial con respecto a la carga, se tiene la energía potencial: E = 1/C Q, i.e. E = 1/2 C Q2 .

38. Condensador / capacitor Dieléctrico o aislante En condensador es un dispositivo electrónico que está 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. Es un dispositivo que almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar

39. La capacidad depende de las características físicas de 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

40. Dieléctrico o aislante La función del dieléctrico es aumentar la capacidad del condensador. Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tiene diferentes grados de permitividad. (diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico 10 a 50000 Cerámica 26 Pentóxido Tántalo 7 Mica 5...6 Porcelana 2,5 Polietileno 1,0059 Aire 1 Vacío Permitividad relativa (Er) Material

41. Mientras mayor sea la permitividad mayor es la capacidad del condensador La capacitancia de un condensador está dada por la fórmula: C = Er x A / d Donde: - C = capacidad - Er = permitividad - A = área entre placas - d = separación entre las placas

42. La unidad de medida es el faradio. Hay submúltiplos como el miliFaradio (mF), microFaradio (uF), el nanoFaradio (nF) y el picoFaradio (pF) Las principales características eléctricas de un condensador son su capacidad o capacitancia y su máxima tensión entre placas (máxima tensión que es capaz de aguantar sin dañarse). Nunca conectar un capacitor a un voltaje superior al que puede aguantar pues puede explotar

43. Símbolo condensador electrolítico (polarizado) Símbolo condensador no polarizado Algunos capacitores son polarizados (ver signo + o signo - en el cuerpo del elemento) y hay que conectarlos con cautela. Nunca conectarlo al revés pues puede dañarse y explotar Hay dos tipos de condensadores. Fijos y variables. ver clasificación de los capacitores

44. fiN