CONDENSADOR.
Un condensador es un dispositivo que sirve para almacenar carga y energía. Está construido por dos conductores aislados uno del otro, que poseen cargas iguales y opuestas. Los condensadores tiene múltiples aplicaciones. El mecanismo de iluminación (“flash”) de las cámaras fotográficas poseen un condensador que almacena la energía necesaria para proporcionar un destello súbito de luz.
Los condensadores también se utilizan para suavizar las pequeñas ondas que surgen cuando la corriente alterna (el tipo de corriente que suministra un enchufe domestico se convierte en continua en una fuente de potencia, tal como la utilizada para cargar la radio cuando las pilas están bajas de tensión.
El primer condensador utilizado para almacenar grandes cargas eléctricas fue una botella con una lámina de oro en sus cara interior y exterior que se llamó botella de Leyden. Fue inventada en el siglo XVIII en Leyden (Holanda) cuando estudiando los efectos de las cargas eléctricas sobre las personas y los animales, uno de aquellos experimentadores tuvo la idea de almacenar una gran cantidad de carga en una botella de agua. Para ello sostenía la botella en una mano mientras la carga procedente e un generador electroestático era conducida hasta el agua por medio de una cadena. Cuando trató de sacar la cadena de agua con la otra mano sufrió una sacudida eléctrica que le dejó inconsciente. Después de muchos experimentos se descubrió que la mano que sostenía la botella podía reemplazarse por hojas metálicas que recubrían las superficies interior y exterior de la botella.
Benjamín Franklin comprobó que el dispositivo para almacenar cargas no debía tener necesariamente la forma de botella y utilizó en su lugar vidrios de entana recubiertos de hojas metálicas, que se llamaron vidrios de Franklin. Con varios de estos vidrios conectados en paralelo, Franklin almacenó una gran carga y con ello trató de matar un pavo. En su lugar, sufrió él mismo una fuerte descarga. Más tarde, Franklin escribio:
“Trataba de matar un pavo y por poco no maté un gusano”
Un condensador corriente es el condensador de placas paralelas, fomrado por dos grandes placas conductoras paralelas. En la practica las placas pueden ser láminas metálicas muy finas, separadas y aisladas una de otra por una hoja de papel. Este “papel sancwich” se arrolla para ahorrar espacio. Cuando las placas se conectan a un dispositivo de carga, por ejemplo, una batería , se produce una transferencia de carga desde un conductor a otro hasta que la diferencia de potencial entre los conductores debido a sus cargas iguales y opuestas se hace igual a la diferencia de potencial entre los terminales de la batería.
La cantidad de carga sobre las placas depende de la diferencia de potencial y de la geometría del condensador; por ejemplo, del área y separación de las placas en un condensador de placas paralelas. Sea Q la magnitud de carga sobre cada placa y V la diferencia de potencial entre las placas. La relación Q/V se llama Capacidad C:
Esta magnitud expresa la “capacidad” de almacenar carga que posee el condesador bajo una determinada diferencia de potencial. La unidad del SI de la capadiad es el culombio, por voltio y se denomina Faradio (F) en honor al gran físico experimantal ingles, Michael Faraday:
1F = 1 C/V
Como el faradio es una unidad relativamente grande, se utilizan frecuentemente los submúltiplos:
- 1 mF = 1*10-3 F
- 1 mF = 1*10-6 F
- 1 nF = 1*10-9 F
- 1 pF = 1*10-12 F
Un material no conductor como por ejemplo el vidrio, el papel o la madera, se denomina dieléctrico. Faraday descubrió que cuando el espacio entre los dos conductores de un condensador se ve ocupado por el dieléctrico, la capacidad aumenta en un factor k que es característico del dieléctrico y se denomina constante dieléctrica. La razón de este incremento es que el campo eléctrico entre las placas de un condensador se debilita por causa del dieléctrico. Así, para una carga determinada sobre las placas, la diferencia de potencial se reduce y la relación Q/V se incrementa.
Un dieléctrico debilita el cambo eléctrico entre las placas de un condensador pues, en presencia de un campo eléctrico externo, las moléculas del dieléctrico producen un campo eléctrico adicional de sentido opuesto al del campo externo.
Si las moléculas del dieléctrico son moléculas polares, es decir, poseen momentos dipolares permanentes, estos momentos están originalmente orientados al azar. Pero en presencia de un campo existente entre las placas del condensador, estos momentos dipolares experimentan la acción de un par o momento que tiende a alinearlos en la dirección del campo. La magnitud de alineación depende de la fuerza del campo y de la temperatura. A temperaturas elevadas, el movimiento térmico aleatorio de las moléculas tiende a contrarrestar la alineación. En el caso en que las moléculas del dieléctrico no sean polares poseerán momentos dipolares inducidos en presencia del campo eléctrico existente entre las placas. Los momentos dipolares inducidos tienen la dirección del campo original. Un dieléctrico que tiene momentos dipolares eléctricos predominante en la dirección del campo externo, se dice que está polarizado por el campo, bien sea porque la polarización se deba a la alineación de los momentos dipolares permanentes de la moléculas polares o bien a la creación de momentos dipolares inducidos en el caso de las moléculas no polares. En cualquier caso, la alineación de los dipolos moleculares produce un campo eléctrico adicional debido a los dipolos cuyo sentido es opuesto al del campo original. El campo original se ve así debilitado.
El efecto neto de la polarización es de un dieléctrico homogéneo es la creación de una carga superficial sobre las caras del dieléctrico próximas a las placas. Es esta carga superficial, ligada al dieléctrico, la que produce un campo eléctrico opuesto a la dirección del engendrado por la carga libre de los conductores. Así, el campo eléctrico entre las placas se debilita.
Si el campo eléctrico original entre las placas de un condensador sin dieléctrico es E0 el campo en el dieléctrico es:
Cuando al condensador le aplicamos una diferencia de potencial este se carga, ya que al no estar las dos placas metálicas unidas entre si directamente, sino por medio de una batería o pila, cada una de las placas se cargará con electricidad positiva o negativa, ya que una de las placas cederá electrones para que la otra los gane.
Normalmente en un circuito, los condensadores se cargarán y se descargarán a través de resistencias. La carga y descarga de un condensador a través de resistencias se produce según una constante de tiempo y dependiendo de la resistencia y de ddp que le administremos según la fórmula t= R · C siendo t el tiempo en segundos, R el valor de la resistencia en Ohmios y C el valor del condensador en Faradios. En una constante de tiempo el condensador se carga aproximadamente un 63%, en la segunda constante de tiempo se carga otro 63% y así sucesivamente, se considera que el condensador está totalmente cargado en 5 constantes de tiempo. El proceso de descarga es similar al de carga.
Carga del condensador
C=1000 mF
R= 10 KW
V= 20V
t= R · C
t= 10W · 1000 mF · 5
t= 10 · 5 = 50s
t=50s
CAPACITADOR.
El capacitor es un dispositivo eléctrico que permite almacenar energía en forma de campo eléctrico. Es decir, es un dispositivo que almacena cargas en reposo o estáticas. Consta en su forma más básica de dos placas de metal llamadas armaduras enfrentadas unas a otras, de forma que al conectarlas a una diferencia de potencial o voltaje una de ellas adquiera cargas negativas y la otra positivas.
Esto se debe a que al conectar las armaduras a una diferencia de potencial, que puede ser una batería, las cargas llegan muy rápidamente a un nuevo estado de reposo en la cual esa diferencia de potencial es "transmitida"(los electrones del polo negativo de la batería se repelen hacia una placa mientras que en el polo positivo se extraen electrones de la otra armadura)a las armaduras, pero al estar enfrentadas las placas unas con otras estas cargas se atraen formando un campo eléctrico paralelo y almacenando energía eléctrica permanentemente.
Como el capacitor tiene en cada placa cargas iguales pero de signo opuesto, la carga neta del condensador es nula. Cuando se habla de carga de un capacitor se habla de la carga de cualquiera de sus placas, pero en realidad sólo las cargas de la placa negativa se mueven (hacia la placa positiva), debido a que el movimiento es sólo de los electrones.
Cuánta carga almacena un condensador al aplicársele una diferencia de potencial entre sus terminales viene determinado por una magnitud llamada capacitancia.
Esto viene dado por la fórmula :
C=Q
V
En realidad,todo conductor eléctrico tiene una capacitancia intrínseca,e incluso componentes electrónicos semiconductores como diodos especiales pueden desarrollar capacitancias altas en determinados casos.No obstante,el condensador,como su nombre lo dice,es un componente hecho especialmente para tener una capacitancia alta y esta dependerá del material con que esté hecho y su forma geométrica.
La capacitancia de mide en unidades llamades faradios,en honor al célebre científico inglés Michael Faraday,quién descubrió del fenómeno de la inducción electromagnética y realizó trabajos importantes en electroquímica.
Un faradio se puede definir como la capacidad que tiene que tener un conductor para que al aplicársele un voltio de diferencia de potencial,adquiera la carga de un culombio.
En la práctica,el faradio es una unidad excesivamente grande,por lo que en la práctica se utilizan submúltiplos como los milifaradios,microfaradios,nanofaradios y picofaradios.Cabe mencionar que desde hace unas décadas se vienen desarrollando los supercapacitores,teniendo éstos capacitancias medidas en faradios y en tamaños cada vez más reducidos.
