1. Características de un condensador


Condensadores :  Son dispositivos que almacenan cargas eléctricas;  se dice que dos cuerpos forman un condensador cuando entre ellos existe un campo eléctrico. En general un condensador se compone esencialmente de dos conductores (armaduras) aislados y separados por un dieléctrico (aislador. Pueden conducir cc durante un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de ca; esta propiedad los convierte en dispositivos muy útiles para impedir que la cc entre a determinada parte de un circuito eléctrico. Los condensadores de capacidad fija y variable se usan con las bobinas, formando circuitos en resonancia en radios y otros equipos eléctricos.
Los Capacitares se fabrican en gran variedad de formas, siendo la más sencilla el formado por dos placas separados por un dieléctrico. El aire, la mica, la cerámica, el papel, el aceite o el vacío se usan de aisladores según la utilidad dada al dispositivo.

En su forma más sencilla, un condensador 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, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (Q-) y la otra positivamente (Q+) sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin embargo, se dice que el condensador se encuentra cargado con una carga Q.

Los condensadores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy útiles cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico.

Los condensadores se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes condensadores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia.

Además son utilizados en: Ventiladores, motores de Aire Acondicionado, en Iluminación, Refrigeración, Compresores, Bombas de Agua y Motores de Corriente Alterna, por la propiedad antes explicada.

Los condensadores se fabrican en gran variedad de formas y se pueden mandar a hacer de acuerso a las necesidades de cada uno. El aire, la mica, la cerámica, el papel, el aceite y el vacío se usan como dieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al dispositivo. Pueden estar encapsulados en baquelita con válvula de seguridad, sellados, resitentes a la humedad, polvo, aceite; con terminales para conector hembra y/o soldadura. También existen los condensadores de Marcha o Mantenimiento los cuales están encapsulados en metal. Generalmente, todos los Condensadores son secos, esto quiere decir que son fabricados con cintas de plástico metalizado, autoregenerativos, encapsulados en plástico para mejor aislamiento eléctrico, de alta estabilidad térmica y resistentes a la humedad.

Otro tipo de condensador es la botella de Leyden, el cual es un condensador simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos metálicos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el dieléctrico. La magnitud que caracteriza a un condensador es su capacidad, cantidad de carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.

La botella de Leyden, uno de los condensadores más simples, almacena una carga eléctrica que puede liberarse, o descargarse, mediante una varilla de descarga (izquierda). La primera botella de Leyden se fabricó alrededor de 1745, y todavía se utiliza en experimentos de laboratorio.

2. Tipos de condensadores

· Placas paralelas: Consiste básicamente en dos placas puestas en paralelo, una de la otra, y a la vez separadas por un material aislante sea este aire o vació. Si bien los más primitivos se hacían con placas de metal sólidas, los modernos son hechos con hojas metálicas particularmente de aluminio.

· Electrolíticos : Se hacen de formas y tamaños sumamente variables, con recipientes de cartón o metálicos y distintos tipos de terminales.
     Son empleados para capacidades superiores a 1mfd. A diferencia de          otros condensadores este esta polarizado y si se conecta mal se rompe y hace corto circuito.


· Variables : Un tipo especial es el de mica que tiene una capacidad inferior a 500 mmf. , Consiste en dos placas separadas por una lamina de mica. Para acerca las placas  se utilizan un tornillo; ajustando este tornillo se modifica la capacitancia  del condensador.esta clase de condensador se construye a veces adentro de un condensador variable de aire más grande, para usar en paralelo con el capacitor variable más grande y ofrecer un ajuste de capacitancia más exacto.





Condensador variable de Aire :

Se usa mucho en los aparatos de radio, esta constituido de 2 series de laminas metalicas semicirculares que encajan unas dentro de las otras ; una de las series es movil alrededor de un eje y la otra es fija.

3.  Capacidad y factores de los que depende la capacidad de un    condensador


*La capacidad eléctrica  es la  relación constante entre la carga eléctrica que recibe un conductor y el potencial que adquiere. La capacidad de un condensador se mide en faradios y viene expresada por la fórmula:

C = q

V

 Donde  q es la carga (en culombios) de uno de los dos conductores, y V es la diferencia de potencial (en voltios) entre ambos. La capacidad depende sólo de la superficie de los conductores y del espesor y la naturaleza del dieléctrico del condensador.

*Factores que afectan la capacidad
a)La superficie de las placas: es un factor importantísimo para determinar la cantidad de capacitancia, puesto que la capacidad varía en proporción directa con la superficie de las placas. De este modo el aumento de la superficie de la placa incrementa la capacitancia, mientras que su disminución la hace mermar.
La mayor superficie de placa aumenta la capacidad.

b) La distancia entre las placas: el efecto que tiene dos cuerpos cargados entre ellos depende de la distancia que los separa .Como la acción de capacitancia depende de 2 placas y de la dif. De sus cargas, la capacidad varia cuando se modifica la distancia entre las placas.
La capacidad de 2 placas aumenta a medida que las placas se acercan y disminuye cuando se alejan.

C) Cambiando el material dieléctrico: la capacidad se modificara si se utilizan como dielectricos materiales distintos. El efecto de los distintos materiales, es comparable al del aire, o sea que si un condensador tiene una capacitancia dada cuando se utiliza aire como dieléctrico, otros materiales, en vez de aire,  multiplicaran la capacidad en cierta medida. A esta medida se le denomina: constante dieléctrica.

4. Diferencia de potencial

La diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo que tienen
     que realizar las fuerzas exteriores contra las del campo eléctrico para            trasladar la unidad de carga eléctrica positiva de un punto a otro.
En el interior de los conductores no existe diferencia de potencial de un punto a otro sean cual sean estos. Todos los puntos tienen el mismo potencial que los de la superficie.
La diferencia de potencial entre las placas es igual a  V = (q /E 0) x d

siendo q la carga por unidad de superficie y d la distancia entre ellas.

5. Carga y descarga de un condensador

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.

*Carga del condensador: las armaduras de un condensador cuando se conectan a los polos de un generador de cc, adquieren cargas iguales y de signo contrario, diciéndose entonces que el condensador esta cargado.
La carga se debe a un flujo de electrones que va hacia una de las placas desde la otra, dando por resultado una placa con carga negativa y otra con carga positiva.
Este proceso no es instantáneo sino que se va realizando paulatinamente, dependiendo la mayor o menor rapidez del mismo de la capacidad del condensador y de la resistencia del circuito.
*Descarga del condensador: se lleva a cabo cuando un flujo de electrones desde la placa de un condensador con cargo negativa va hacia la placa con carga positiva, eliminando así las cargas  en las placas.

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  = R · C siendo  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.

Las corrientes de carga y descarga de un condensador comienzan con un valor maximo y van declinando a cero a medida que el condensador se carga del todo o se descarga. En el caso del condensador en carga , las placas descargadas ofrecen poca oposición a la corriente de carga al principio, pero a medida que se van cargando ofecen más y mas oposicion. Reduciendo el flujo de corriente . Del mismo modo, la corriente de descarga es grande al iniciarse la descarga porque la tension del condensador cargado es alta , pero a medida que se produce la descarga , la tension del condensador cae, dando como resultado un flujo de corriente menor. Debido a que las corrientes de carga y descraga son más grandes en la iniciacion de la carga y de la descarga del condensador, el promedio de corriente es mas alto si la polaridad se invierte rapidamente manteniendo la circulacion de la corriente en valores altos.

Ejemplo:

Carga

C=1000 F

R= 10 K

V= 20V

= R · C

= 10 · 1000 F · 5

= 10 · 5 = 50s

=50s

10s 13.39 V

20s 17.63 V

30s 18.92 V

40s 19.41 V

50s 19.61 V

Descarga

R = 10 K

C = 1000 F

0s 20 V

10s 6.2 V

20s 2.2 V

30s 0.9 V

40s 0.3 V

50s 0.1 V

6. Capacidad de una esfera cargada

  Para un objeto con forma y tamaño determinado, la relación entre la carga y la diferencia de potencial es constante. Tal constante es la capacitancia del objeto.
    Para una esfera pequeña lejos del suelo si se le añade aunque sea una pequeña cantidad de carga, hará que se incremente la diferencia de potencial. En este caso la capacitancia es pequeña. Cuando más grande la esfera, mayor será la carga que pueda adicionarse con el mismo incremento en la diferencia de potencial y, por tanto, mayor será la capacitancia.
    Si se tiene 2 esferas de distinto tamaño, con la misma carga el potencial sobre la esfera más grande es menor que el de la esfera pequeña. Si se ponen en contacto las 2 esferas, se moverán cargas hacia la esfera con menor potencial. Esto es, de la esfera pequeña a la grande. El resultado es, entonces, una mayor carga de la esfera grande cuando 2 esferas de diferente tamaño tienen el mismo potencial. 
 
  Si 2 esferas tiene el mismo potencial, la más grande tendrá mayor carga

La capacidad de una esfera es:

C = e , , pero V esf. = e ; ; C = e = R

V esf. R e .

R

La Capacidad de una esfera equivale numéricamente a la magnitud de su radio

7 .Energía almacenada en un condensador

La energía almacenada en un condensador será igual a la suma de todos los trabajos, desde el momento en que la carga es igual a cero, hasta llegar a un valor dado de la misma, al que llamaremos Q

w = v x dq = (1/c) x (q x dq ) = ½ (Q2 x C)

Si ponemos la carga en función de la Tensión y Capacidad: Q =V*C, la expresión de la energia almacenada en un condensador será:

W= ½ x C x V2


Medida en unidad de trabajo.

La energía acumulada en un condensador será igual al trabajo realizado para  transportar las cargas de una placa a la otra, venciendo la diferencia de potencial existente entre ellas.


 W = V x q = (q /C ) x q

                                                      
                                                Curso         : 4° medio B
                                               

Encapsulados

Condensadores de marcha

C esf = R