blogg capacitancia
¿Qué es capacitancia?
Se define como la razón entre la magnitud de la carga de
cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre
ellos.
La capacitancia siempre es una cantidad positiva y puesto
que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga almacenada se
incrementa, la proporción Q / V es constante para un capacitor dado. En
consecuencia la capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad
para almacenar carga y energía potencial eléctrica.
La capacitancia tiene la unidad del SI coulomb por volt. La
unidad de capacitancia del SI es el farad (F), en honor a
Michael Faraday.
CAPACITANCIA = 1F = 1 C
1 V
El farad es una unidad de capacitancia muy grande. En la
práctica los dispositivos comunes tienen capacitancia que varían de microfarads
a picofarads.
La capacitancia de un dispositivo depende entre otras cosas
del arreglo geométrico de los conductores.
¿Qué es un capacitor?
Considere dos conductores que tienen una diferencia de
potencial V entre ellos. Supongamos que tienen cargas iguales y opuestas, como
en la figura. Una combinación de este tipo se denomina capacitor .
La diferencia de potencial V es proporcional a la magnitud de la carga Q del
capacitor.(Esta puede probarse por la Ley de coulomb o a través de
experimentos.
Un capacitor se compone de dos conductores aislados
eléctricamente uno del otro y de sus alrededores. Una vez que el capacitor se
carga, los dos conductores tienen cargas iguales pero opuestas.
¿Cuáles son los tipos de capacitores?
Los capacitores comerciales suelen fabricarse utilizando
láminas metálicas intercaladas con delgadas hojas de papel impregnado de
parafina o Mylar, los cuales sirvan como material dieléctrico. Estas capas
alternadas de hoja metálica y dieléctrico después se enrollan en un cilindro
para formar un pequeño paquete. Los capacitores de alto voltaje por lo común
constan de varias placas metálicas entrelazadas inmersas en aceite de silicón.
Los capacitores pequeños en muchas ocasiones se construyen a partir de
materiales cerámicos. Los capacitores variables (comúnmente de 10 a500 pF)
suelen estar compuestos de dos conjuntos de placas metálicas entrelazadas, uno
fijo y el otro móvil, con aire como el dieléctrico.
Un capacitor electrolítico se usa con frecuencia para
almacenar grandes cantidades de carga a voltajes relativamente bajos. Este
dispositivo, mostrado en la figura consta de una hoja metálica en contacto con
un electrolito, es decir, una solución que conduce electricidad por virtud del
movimiento de iones contenidos en la solución. Cuando se aplica un voltaje
entre la hoja y el electrolito, una delgada capa de óxido metálico (un
aislador) se forma en la hoja y esta capa sirve como el dieléctrico. Pueden
obtenerse valores muy grandes de capacitancia debido a que la capa del
dieléctrico es muy delgada y por ello la separación de placas es muy pequeña.
Cuando se utilizan capacitores electrolíticos en circuitos ,
la polaridad (los signos más y menos en el dispositivo) debe instalarse de
manera apropiada. Si la polaridad del voltaje es aplicado es opuesta a la que
se pretende, la capa de óxido se elimina y el capacitor conduce electricidad en
lugar de almacenar carga.
Placas
Lamina electrolito caso
metálica
Contactos
Aceite Línea metálica
Papel +capa de óxido
- Capacitor
de placas paralelas
Dos placas paralelas de igual área A están separadas por una
distancia d, como en la figura. Una placa tiene carga Q, la otra carga -Q. La
carga por unidad de área sobre cualquier placa es = Q /A. Si las placas están
muy cercanas una de la otra (en comparación con su longitud y ancho), podemos
ignorar los efectos de borde y suponer que el campo eléctrico es uniforme entre
las placas y cero en cualquier otra parte.
CONEXIONES BÁSICAS CON CONCAPACITORES
Así como losResistores 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 decada 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:
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
capacitorespermiten el flujo de c.c. sólo por un corto tiempo, luego actúan
como un circuito abierto; sin embargo cuando se trata de
c.a., las placas cambian de polaridad tan rápidamente que
bloquean la c.c. y sólo permiten el paso de c.a. Los capacitores de alta
calidad pueden mantener una carga por largo periodo de tiempo; por
consiguiente, para evitar choques que
pueden ser peligrosos, deben serdescargarlos: 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 capacitordebe 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 elvoltaje 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.
Los
capacitores de papel usan cierto tipo de papel encerado como dieléctrico y
vienen desde 0.0005 µfhasta 16 µf, con un voltaje
promedio de 1600 WVDC; sin embargo se usan comúnmente en circuitos de menos de
600 voltios. Su construcción es como se muestra en la figura; Los capacitores
de mica se fabrican con capas de papel de estaño separadas por un dieléctrico
de mica; con capacitancias de 2µµf (pico faradios), construidos con papel de
estaño y dieléctrico de mica y las hojas no están enrolladas;
Toleran hasta 500 WVDC. Los capacitores de aceite
dieléctrico resisten tensiones de hasta 6,000 WVDC. Los de cerámica se fabrican
depositando una película metálica sobre las superficies interna y externa de un
tubo de cerámica y se construyen desde 1 hasta 10,000 pf (μμf) para
tensiones hasta de 30,000 voltios. Los capacitores de alta capacitancia tales
como los que se usan en las fuentes de alimentación, usualmente son del tipo
llamado "Electrolítico" cuya característica es que son de tamaño
pequeño y se construyen de dos tipos, a saber: húmedo yseco, el primero
requiere de cuidados especiales para que no se derrame su líquido por ello es
de mayor uso el tipo seco
