C e n t r o d e E s t u d io s T e c n o ló g ic o s , In d u s t r ia l y d e

S e r v ic io s N o . 10 9

In t e g r a n t e s :

*G u t ié r r e z R o d r ig u e z C in t h y a E s m e r a ld a

*M e z a B a l le z a R o s a I s e la*R e y e s H e r n á n d e z C r is t in a

L iz b e t h*J u á r e z F lo r e s D u lc e

E s p e r a n z a

5 t o . K

D e f in ic ió n

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.

Capacitor :

Construcción : Un capacitor se compone básicamente de 2 placas conductoras paralelas,

separadas por un aislante denominado dieléctrico.

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

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.

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)

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.

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.

El voltaje es directamente proporcional a la carga almacenada, por lo que se da que

la proporci n Q/V es constante para un capacitor dado.ó

La capacitancia se mide en Culombios/Voltio o tambi n en faradios (F). éLa capacitancia es siempre una magnitud positiva.

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.

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.

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 valordel 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.

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 susconductores y un dieléctrico, almacenando así una energía

en forma de campo eléctrico. Este dispositivo se le denomina Capacitor y su símbolo eléctrico es:

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 est definido por el segundo (s ) y el ampere (A).á

1F =1C____ 1 A* 1 s________

1V1V

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.

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.

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.

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 raz n de la cantidad de carga óQ al potencial V producido, ser una constante á

para un conductor dado, Esta raz n órefleja la capacidad del conductor para almacenar carga

y se llama capacidad C.

C = Q

V

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.

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.

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 :                                                                                                                                                                       

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

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.

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.

La carga por unidad de rea en cada placa es á = Q/A. Si las placas estn muy cercanas una de la otra, podemos despreciar los efectos de ô á

los extremos y suponer que el campo elctrico es uniforme entre las placas y cero en cualquier éotro lugar. El campo elctrico entre las placas esta dado por :é

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.

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:

Capacitores en Serie y Paralelo

Con frecuencia los circuitos elctricos contienen dos o m s capacitores agrupados entre s. Al é á íconsiderar el efecto de tal agrupamiento

conviene recurrir al diagrama del circuito, en el cual los dispositivos elctricos se representan épor smbolos. í

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.

Definici n de los smbolos que se usan con ó ífrecuencia con capacitores.

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. 

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

donde Q es la carga eficaz transferida por la batería.

Cálculo de la capacitancia equivalente de un grupo de capacitores conectados en serie.

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

Si se recuerda que la capacitancia C se define por la raz n Q/V, la ecuaci n se convierte en ó ó

Para una conexi n en serie, Q= Q1= Q2= Q3 as, que si se divide ó íentre la carga, se obtiene :

1 = 1 + 1 + 1

Ce C1 C2 C3

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

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 .

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

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

Dieléctrico o aislanteLa 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

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

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

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 explotarHay dos tipos de condensadores. Fijos y variables. ver clasificación de los capacitores