Física

Condensadores y Capacitancia

Física (FDE 1501)Primer Semestre 2012

Sede Puente Alto

1. Conocer e Identificar un Capacitor o condensador

2. Comprender el funcionamiento de los capacitores.

Objetivos de la Clase

1. Capacitor

Un capacitor o condensador, se asemeja mucho a una batería, pues al igual que ésta su función principal es almacenar carga eléctrica, pero de forma diferente.

2. Funcionamiento

Carga: El capacitor constituye un componente pasivo que, a diferencia de la batería, se carga de forma instantánea en cuanto la conectamos a una fuente de energía eléctrica, pero no la retiene por mucho tiempo.

Descarga: se asocia al tiempo que tarda una fuente de energía en generar un trabajo Eléctrico

Una vez que se encuentra cargado, si éste no se emplea de inmediato se autodescarga en unos pocos minutos.

En resumen, la función de un capacitor es almacenar cargas eléctricas de forma instantánea y liberarla de la misma forma en el preciso momento que se requiera

CAPACITOR

3. Estructura

La estructura más simple de un capacitor, consta de dos placas o láminas metálicas, separadas entre sí por un material aislante o “dieléctrico”, que puede ser aire, papel, mica, cerámica, plástico u otro tipo de aislamiento.

Las placas de un capacitor pueden tener forma cuadrada, esférica o estar formada por dos tiras metálicas enrolladas y separadas por su correspondiente dieléctrico.

Cada placa posee un terminal de alambre conductor acoplado, que permite conectarlo a una fuente suministradora de corriente eléctrica

A la derecha de la figura aparece el símbolo general por el cual se identifica al capacitor en los esquemas eléctricos y electrónicos.

Símbolo

4. Capacidad

La capacidad de carga o capacitancia de los capacitores se mide en “faradio” o “farad” en el sistema internacional de medidas (SI) y se representa por la letra “F” en honor a Michael Faraday. Un farad equivale a una carga de 1 coulomb (C), cuando a un capacitor se le aplica 1 volt (V) de tensión eléctrica

La representación matemática sería la siguiente:

V

qC

V

CF

1

11

5. Submúltiplos

Para las aplicaciones más comunes, los capacitores se fabrican con unidades correspondientes a submúltiplos del farad, como:

1F, constituye una medida de capacidad muy grande, reservada sólo para supercapacitores empleados en aplicaciones específicas.

microfarad (mF o µF)Nanofarad (nF)Picofarad (pF) FpF

FnF

FF

12

9

6

101

101

101

6. Capacitores en Serie

1. El Voltaje Total, corresponde a la suma de los voltajes en cada capacitor.

nT VVVV ...21

2. La carga total es la misma para todos los capacitores conectados.

21 QQQT

3. La capacidad total, es la suma de los inversos de cada capacitor

neq CCCC

1...

111

21

7. Capacitores en Paralelo

1. El Voltaje total es igual para cada capacitor.

2. La carga total, corresponde a la suma de las cargas en cada capacitor

3. La capacidad total, es la suma de los inversos de cada capacitor

21 VVVT

nT QQQQ ...21

nT CCCC ...21

Ejemplos

1) Calcular la carga acumulada por un condensador de 100mF, si se conecta a una diferencia de potencial de 40V

2) Dos capacitores de 2mF y 4mF, se conectan en serie a una diferencia de potencial de 20V. Determine:

a) Capacidad equivalente.b) Carga acumulada en cada capacitor.c) Voltaje en cada capacitor.

Ejercicios

1) ¿A qué diferencia de potencial se debe conectar un capacitor de 60mF, para que la carga acumulada sea de 6C?

2) Se tienen 3 condensadores de 4μF, 8μF y 16μF. Determine la capacidad equivalente si se conectan:

a) En Serieb) En Paraleloc) Las primeras en paralelo y en serie con la última

3. ¿Cuál será la capacidad de un condensador, si al conectarlo a una diferencia de potencial de 70V, adquiere una carga de 1,2mC?

4. Tres condensadores de 3mF, 6mF y 8mF, se conectan en paralelo a una diferencia de potencial de 110V. Determine:

a) Capacidad equivalente.b) Carga acumulada en cada capacitor.c) Voltaje en cada capacitor.

5. Se aplica una diferencia de potencial de 300 V a un condensador de 2μF y a uno de 8μF conectados en serie. Determine la carga en cada condensador y la diferencia de potencial para cada condensador

6. Calcular la capacidad equivalente y la carga acumulada por cada condensador del siguiente circuito.