Condensadores

Luis Gonzalo Revelo Pabón 1
I.E.M. María Goretti

EXPLICACION DE CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO

Un condensador almacena y circula energía eléctrica, a través de él. De igual manera como ocurre
con un tanque de almacenamiento de agua, en él se almacena y circula agua.

A un condensador se lo puede concebir como a un depósito de energía, de la misma manera co-
mo imaginamos al tanque de agua, que al aplicarle por uno de sus terminales una corriente eléctri-
ca fluyen electrones que entran por el terminal del condensador llenándolo de esta manera com-
pletamente (así como el flujo de agua entra por el tubo de entrada del tanque y después de un
tiempo observamos que el tanque se encuentra lleno totalmente).

Una vez que el agua haya alcanzado el tope del tanque de abastecimiento, pueden suceder dos
casos a saber:

 El primero caso es que la corriente de electrones siga circulando, en el con-
densador a pesar de que está lleno (la corriente de agua sigue circulando a pe-
sar de estar el tanque de agua lleno). En este caso el condensador (el depósi-
to de agua) no afecta para nada al paso de la corriente, ya que al estar cargado
(el tanque está lleno de agua) no necesita más energía (no necesita más
agua),
 En el segundo caso consiste en dejar circular la corriente de electrones (se deja circular la
corriente de agua). en el momento en que el condensador (el tanque) comienza a "soltar" su
energía, (agua) siempre y cuando tiene a quien "soltarla", es decir, siempre y cuando el con-
densador (el tanque) esté conectado a "algo". En el caso de no tener a quien "soltar" esta ener-
gía almacenada, (agua almacenada) esperaría pacientemente a quien conectarlo para cederla.

Advertencia: Muchas veces nos informan que es sumamente peligro "destripar" aparatos eléctricos
viejos como televisores o equipos musicales, incluso estando desenchufados. La explicación de
este consejo se debe precisamente a que estos aparatos eléctricos poseen condensadores muy
grandes, en capacidad de almacenamiento eléctrica, capaces de almacenar la suficiente energía
como para propiciar una descarga eléctrica nada recomendable.

CAPACIDAD ELÉCTRICA (C)

Es llamada también “Capacitancia”, es una magnitud escalar que indica cual es la carga que puede
almacenar un conductor por unidad de potencial eléctrico. Es decir:

C: capacidad eléctrica
Q: carga eléctrica de una de las placas o conductor.
V: diferencia de potencial entre los dos conductores.

UNDADES DE LA CAPACIDAD ELÉCTRICA

Si en la ecuación para calcular la capacidad eléctrica (C) se hace que la carga sea igual a Q= 1
coulomb y la diferencia de potencial sea igual a V= 1 Voltio, entonces se obtiene la unidad de medida
de la Capacidad eléctrica, llamada 1 Faradio, llamado así en honor a Michael Faraday.

Unidades de capacidad


Como el Faradio es una unidad de medida de capacidad eléctrica muy grande, entonces se utiliza
los submúltiplos del Faradio que son:
-3
mF = milifaradio = 10 F
-6
µF = microfaradio = 10 F
-9
Submúltiplos: nF = nanofaradio = 10 F
-12
pF = picofaradio = 10 F

EL CONDENSADOR
Un condensador está constituido por dos conductores (armaduras) separados por un aislante o
dieléctrico, cuyos conductores están igualmente cargados de electricidad pero signo contrario.

Los condensadores son dispositivos eléctricos que se encuentran adentro de los radios, estéreos o
en las plaquetas de las computadoras y se parecen a estos dibujos:

¿Para qué sirve un condensador? Un condensador sirve para almacenar carga eléctrica, el condensa-
dor es como un recipiente que contiene a la carga eléctrica en su parte interna.

Se llama condensador porque tiene la capacidad de almacenar carga eléctrica, cuya cantidad d e
almacenamiento depende de su capacidad. El condensador también recibe el nombre de "C apacitor”.

Los condensadores se clasifican según la forma geométrica
de los conductores o armaduras en: Planos, Cilíndricos, y
Esféricos.

CONDENSADOR PLANO
Un condensador de caras planas es un dispositivo que posee dos placas planas de metal, separadas
por un aislante o dieléctrico donde cada una de ellas tiene cargas eléctricas iguales pero de signo
contrario,(+Q,-Q) que se encuentran separadas a una distancia muy pequeña r, de tal manera que entre
ellas se origina un campo eléctrico uniforme y constante E.

Por lo tanto entre las dos placas de metal existe una diferencia de potencial (V=VB-VA).

Gráficamente sería algo así:


La capacidad del condensador de caras planas está definida por:
Pero: V=VB-VA

Entonces

MATERIALES DIELÉCTRICOS

Los materiales dieléctricos son aquellos que no conducen la electricidad, por lo tanto se los usa co-
mo aislantes eléctricos.

Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tienen diferentes grados de permitivi-
dad (diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico).
Los materiales dieléctricos pueden ser: sólidos, líquidos, o gases.

CONDENSADOR SIN DIELÉCTRICO

El condensador más sencillo que existe se compone de
dos láminas planas conductoras y paralelas, con car-
gas iguales, de signo contrario y sin dieléctrico es decir
entre las dos láminas o armaduras solamente existe el
vacío o el aire, separadas una distancia muy pequeña.
Este tipo de condensador recibe el nombre de conden-
sador plano.
Si VA y VB son los potenciales de las placas metálicas la
intensidad del campo eléctrico entre ellas es E, enton-
ces la diferencia de potencial entre las láminas viene
dada por

VB - VA = E.r

………………(1)
Por otra parte, la intensidad del campo eléctrico entre las dos placas metálicas paralelas está definido
por:

………………(2)

Siendo el coeficiente de permisividad del espacio vacío, Q la carga de una de las láminas toma-
da en valor absoluto y A representa el área de una de dichas láminas.

Remplazando (2) en (1) se tiene:

………………(3)

Ahora, si designando por C0, la capacidad del condensador sin dieléctrico se tiene por definición:

……….. (4)


Sustituyendo la ecuación (3) en (4) se concluye que:

Dónde: C0: Capacidad del condensador sin dieléctrico en el VACIO.
: Permitividad del vacío

= 8,85x10-12 =8,85p

.r: distancia entre placas (m)
2
A: área de la placa (m )

CONDENSADOR CON DIELÉCTRICO

Es el que tiene un aislador entre las dos placas conductoras del condensador, originando de esta
manera en el condensador una propiedad llamada constante dieléctrica k.

Si C0 es la capacidad de un condensador en el vacío o en el aire y cuando se coloca un dieléctri-
co entre sus dos planas o conductores su capacidad es C, entonces C es mayor que C0 de tal mane-
ra que se cumple:

C = K.C0

Dónde:

C: capacidad del condensador con dieléctrico.
C0: capacidad del condensador sin dieléctrico
K: constante dieléctrica del dieléctrico, no tiene unidades, si es en Vacío k=1

Experimentalmente se comprueba que la capacidad de un condensador con dieléctrico es mayor
que la capacidad C0 de un condensador sin dieléctrico. La razón o cociente entre la capacidad C de
un condensador con dieléctrico y la capacidad C0 de un condensador sin dieléctrico se designa por
K y recibe el nombre de constante dieléctrica del material colocado entre las dos láminas. Es
decir que:

Entonces: ……. (1)


Pero: …… (2)

En consecuencia, a l r e m p l a z a r l a e c u a c i ó n ( 2 ) e n l a ( 1 ) , s e o b t i e n e q u e :
la capacidad de un condensador de láminas paralelas con dieléctrico está definido por:

C: capacidad con dieléctrico.
K: constante dieléctrica del medio o dieléctrico.- No tiene unidades. Si es en vacío k=1
-12 2 2
: Permitividad en el vacío = 8,85x10 C /N.m
A: área de la placa metálica del condensador.
.r: distancia entre las dos placas metálicas.

ENERGÍA ALMACENADA EN UN ONDENSADOR

Así como campo eléctrico entre los dos conductores de un condensador cargado puede acelerar
una carga de prueba. Así mismo un condensador cargado es capaz de efectuar u n trabajo y
de contener energía eléctrica.

Un condensador se carga conectando sus armaduras a los terminales positivo y negativo de una
batería. Antes de la conexión la carga del condensador es Q = 0. Inmediatamente después de la
conexión la carga es pequeña, pero ésta comienza a aumentar progresivamente hasta que final-
mente adquiere un valor Q.

Durante el proceso de carga la diferencia de potencial entre las armaduras del condensador varía
desde un valor inicial V0 = 0 hasta un valor final V. La diferencia de potencial media V m durante el
proceso de carga es:

……. (1)

Si la carga total transferida a cada una de las armaduras es ± Q, entonces el trabajo total W rea-
lizado por este proceso es:
…….. (2)
al remplazar la ecuación (1) en (2) se obtiene:

……….. (3)
Este trabajo se almacena en el condensador en forma de energía potencial eléctrica (W=EP). Ahora
teniendo presente la definición de capacidad eléctrica que es:
C=

Al despejar Q y V se tiene:
Q=C.V …………. (4)
….. ………(5)

Entonces al remplazar las ecuaciones (4) y (5) en la ecuación (3), se obtiene que: La energía alma-
cenada en un condensador cargado viene dado por cualquiera de las siguientes ecuaciones:


W: energía almacenada o en carga (medida en julios)
C: capacidad de almacenamiento del condensador (medida en faradios)
V: Voltaje entre las dos placas (medida en voltios)
Q: carga almacenada (medida en coulomb).

Podemos usar cualquiera de las 3 ecuaciones, dependiendo de los datos o información que den.

GRAFICA DE UN CIRCUITO FORMADO POR UN CONDENSADOR Y UNA BATERIA.

El símbolo del capacitor es el que se indica en el gráfico de la derecha, parte superior que está for-
mado por dos rayas de igual longitud y paralelas entre sí. El símbolo de la parte inferior del dibujo
hace referencia a una pila o batería, y se la representa por dos rayas desiguales en largo y en gro-
sor, la raya más larga representa el borne o polo positivo, y la raya más corta el negativo. Las líneas
restantes representan a los cables de conexión.

Una vez conectado el condensador a los bornes de la pila salen cargas que van a las placas del
condensador hasta que el condensador alcance una diferencia de potencial igual a la de la pila.

Este proceso tarda algunos segundos. Cuando ha finalizado este proceso, la capacidad del conden-
sador (carga acumulada) y la diferencia de potencial guardan esta relación: Q = C.V

De esta manera una de las placas del capacitor queda con carga positiva y la otra con carga negati-
va.

ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES

Cuando varios condensadores se conectan entre sí, el conjunto de ellos se comporta como si fuera
un solo condensador, y la capacidad de este conjunto de condensadores se denomina capacidad
equivalente, que se simboliza CE.

Si se conoce la Capacidad Equivalente (CE) se puede simplificar el manejo de los circuitos. Para ello
se consideran dos formas de asociación de condensadores: Asociación de Condensadores en
Paralelo y Asociación de Condensadores en Serie.


ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES EN PARALELO

Dos o más condensadores están conectados en paralelo cuando las placas de igual polaridad están
conectadas entre sí.

Al grupo de condensadores conectados en paralelo se los puede reemplazar por un condensador
único, capaz de acumular la misma carga que el conjunto de todos ellos y recibe el nombre de Con-
densador Equivalente de la conexión en paralelo, simbolizado por CE.

Cuando un conjunto de condensadores se conectan en paralelo a una fuente de cargas se cumple
que:

1. Todos los capacitores del grupo adquieren la misma diferencia de potencial, es decir:

V= VAB= VCD ….(1)

V=VE: Potencia del Sistema o Equivalente
VAB: Potencia en el condensador C1
VCD: Potencia en el condensador C2

2. La Suma de las cargas de cada uno de los condensadores es igual a la carga total del sistema o
carga del condensador equivalente. Es decir:

Q=Q1 + Q2
QE = Q1 + Q2 …. (2)

Q=QE: Carga total o carga equivalente
Q1: Carga en el condensador C1

3. En las placas de cada uno de los condensadores se acumula una carga igual a:

Q1 = C1 .V y Q2 = C2 .V …. (3)

Ahora, la carga total del sistema está definida por la ecuación (2), es decir:

Q=Q1+Q2
Al remplazar la ecuación (3) en (2) se obtiene:
Q= C1.V + C2.V
Q=(C1+C2)V


Pero:
CE: Capacidad equivalente o del sistema

De esta última ecuación se deduce que sí se conoce el valor de las capacidades eléctricas de los
condensadores que integran el grupo de condensadores conectados en paralelo, entonces se puede
conocerse el valor del Condensador Equivalente para ello se suma las capacidades de cada uno de
ellos.

Generalizamos: ∑

ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES EN SERIE

Dos o más condensadores están en serie, cuando la placa positiva de un condensador, se encuentra
conectado con la placa negativa del otro condensador y así sucesivamente.

A un grupo de condensadores se los puede reemplazar por un solo condensador o único, capaz de
acumular la misma carga que el conjunto de condensadores, denominado condensador equivalente
de la serie, y se lo simboliza por CE.

Cuando un conjunto de condensadores se conectan en Serie a una fuente de cargas se cumple:

1. Todos los condensadores del circuito tiene la misma carga. Es decir:

Q1= Q2 = Q =QE …. (1)

Q=QE: Carga total o equivalente

2. La suma de las diferencias de potencial de cada uno de los condensadores es igual a la diferen-
cia de potencial del Sistema o Equivalente. Es decir:

VE= V= VAB + VBC …. (2)


V=VE: Potencia del sistema o Equivalente
VAB: Potencia en C1
VCD: Potencia en C2

Ahora, el potencial en cada uno de los condensadores es igual a:

VAB=Q/C1 Y VBC=Q/C2 ……. (3)

Pero la Potencia del Sistema o Equivalente está definida por la ecuación (2), es decir:

VE=VAB +VBC …… (2)

Al remplazar la ecuación (3) en (2) se obtiene:

Pero: Q=QE

Entonces la capacidad del sistema o equivalente está definida

De esta última ecuación se deduce que sí se conoce el valor de las capacidades de los condensado-
res que integran el grupo de condensadores conectados en serie, entonces se puede conocer el valor
inverso del capacitor equivalente sumando los valores inversos de las capacidades de cada uno de
ellos.

Generalizamos:
∑

Por último, tengamos presente estos valores que son de mucha utilidad:

Carga de un capacitor = Carga de UNA de sus placas
Área de un capacitor = área de UNA de sus placas

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