Capacitores

Un capacitor es un dispositivo que almacena energía eléctrica. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separadas por un material dieléctrico (comúnmente aire, papel, cerámica, etc.) y adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra.

Símbolo de capacitor:

Imágenes de capacitores:

¿Para que sirve un capacitor?

Un capacitor sirve para almacenar carga, es como una especie de recipiente con cargas adentro. Tiene carga en sus placas. Esa carga esta ahí guardada y no se va a ningún lado. Mientras el capacitor este cargado, la carga se conserva. Después uno puede usar esa carga para lo que uno necesite. Se le llama capacitor porque tiene capacidad para almacenar carga. A veces se usa también el nombre "condensador".

Anatomía de un capacitor plano

Son 2 placas de metal, cada placa tiene área A. A cada placa se le da una carga Q y se separan a una distancia d. Esto es lo que se llama capacitor plano.

Un capacitor plano esta hecho con 2 placas de metal cargadas separadas a cierta distancia d. Entre las placas hay una diferencia de potencial.

Campo eléctrico “E” entre las placas del capacitor

Como las placas del capacitor están cargadas, entre ellas se forma un campo eléctrico.

A veces esta formula se la puede poner también usando la constante k de Coulomb.

Ejemplo:

Calcular el campo eléctrico formado entre las placas de un capacitor que tiene un dieléctrico de constante εr = 5, carga 10 coulomb y placas de 1 m2 de superficie.

Solución:

El campo entre las placas vale:

Reemplazando:

Diferencia de potencial (v)

En cada placa del capacitor siempre hay cargas iguales y opuestas. Las cargas de una placa van a atraer a las cargas de la otra placa. Esto va a provocar que las placas tengan diferente potencial. Su diferencia de potencial será V. (V o ΔV)

En el caso de un capacitor la diferencia de potencial entre placas seria el trabajo que hay que hacer para mover una carga de 1 coulomb desde una placa hasta la otra.

A la diferencia de potencial se la pone como V o como DV. Este delta V es la resta entre los potenciales de las dos placas. Es decir, DV = V2 - V1. Hay una fórmula que relaciona el potencial entre placas V con el campo eléctrico E y la distancia entre placas. La relación es V = E x d.

Fórmula:

Ejemplo:

Calcular la diferencia de potencial entre las placas de un capacitor que tiene un campo entre placas de valor 10 newton / coulomb y placas separadas 20 cm.

Entonces:

V = E.d

=> V = 10 Volt / m. 0,2 m

=> V = 2 Volts

Capacitad de un Capacitor

Capacitancia “C” es la capacidad de un conductor para almacenar la carga, por lo tanto, es la razón de la cantidad de carga “Q” al potencial “V” producido que será constante para un conductor dado.

donde

• "C" es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.
• "Q" es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
• "V" es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.

La unidad de capacitancia es el Coulomb por volt, que se define como farad “F”, pero como el farad es una unidad muy grande, se utilizan múltiplos de éste. Por ejemplo:

Energía de un capacitor

Para calcular la energía almacenada en el capacitor hay 3 formulas:

Se puede usar cualquiera de las 3 fórmulas, dependiendo que te den como dato.

Capacitor en paralelo y en serie

• Capacitores en serie

Capacitores conectados uno después del otro, están conectados en serie.

Estos capacitores se pueden reemplazar por un único capacitor que tendrá un valor que será el equivalente de los que están conectados en serie.

Para obtener el valor de este único capacitor equivalente se utiliza la fórmula:

1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4

Pero fácilmente se puede hacer un cálculo para cualquier número de capacitores que se conecten en serie con ayuda de la siguiente fórmula:

1/CT = 1/C1 + 1/C2 + ....+ 1/CN

Donde: N es el número de Capacitores que están conectados en serie. En el gráfico hay 4capacitores en serie.

· Capacitores en paralelo

Del gráfico se puede ver si se conectan 4 capacitores en paralelo (los terminales de cada lado de los elementos están conectadas a un mismo punto).

Para encontrar el capacitor es equivalente se utiliza la fórmula:

CT = C1 + C2 + C3 + C4

Fácilmente se puede hacer un cálculo para cualquier número de capacitores con ayuda de la siguiente fórmula:

CT = C1 + C2 + .....+ CN

Donde: N es el número de capacitores.

Como se ve, para obtener el capacitor es equivalente de capacitores en paralelo, sólo basta con sumarlo.

Uso en la vida cotidiana

La idea real de un capacitor es que sirva para almacenar carga. Después uno puede usar esa carga para lo que quiera.

Un ejemplo que es muy utilizado por todos diariamente, es que los capacitores son los elementos que se utilizan en las tarjetas de una computadora para suministrar la energía que se les da a los componentes que le son conectados:

Esto también se usa en el flash de las cámaras de fotos. El capacitor del flash tarda un tiempo en cargarse. Después esa carga se usa toda junta para sacar la foto.

También a veces en los aparatos hay una lucecita roja que marca "encendido", que al apagar el aparato la lucecita se apaga poco a poco. Es el capacitor que se esta descargando.