INDICE SECCION PAGINA Indice . . . . . . . . 1 Introducción . . . . . . . 2 ¿ Que es un condensador y como funciona? . . . . . . 3 Tipos de Condensadores . . . . 6 Condensadores en serie . . . . 7 Ejemplares de Condensadores . . . 8 Conclusión . . . . . . . 9 INTRODUCCION En el siguiente trabajo, se desarrollan dos elementos sumamente importantes en lo que respecta al almacenamiento de energía de pequeñas y grandes masas. Los Condensadores son dispositivos que almacenan una determinada carga eléctrica. La función de carga y descarga de un condensador, su estado y manutención serán detalladamente especificadas dentro de este informe. ¿QUE ES UN CONDENSADOR Y COMO FUNCIONA? Un condensador eléctrico es un dispositivo de dos terminales que consiste en dos cuerpos conductores separados por un material no conductor. Tal material no conductor se conoce como aislante o dieléctrico. A causa del dieléctrico, las cargas no pueden moverse de un cuerpo conductor al otro dentro del dispositivo. Por tanto, éstas pueden transportarse entre los cuerpos conductores vía sistema de circuitos externos conectados a las terminales del capacitor. Un tipo muy sencillo llamado capacitor de placas paralelas se muestra en la siguiente figura. Los cuerpos conductores son cuerpos planos y rectangulares que están separados por un material dieléctrico. Se define la capacidad de un condensador como la cantidad de electricidad, expresada en culombios, que es necesario transportar de una lámina a otra para crear una diferencia de potencial de un voltio entre ambas láminas. La cantidad de electricidad transportada se denomina carga. Aunque pareciera natural expresar la cantidad en culombios por voltio, se expresa en realidad en faradios o microfaradios, siendo un faradio la capacidad de un condensador en el cual una carga de un culombio produce una diferencia de potencial de un voltio entre las dos láminas. Un microfarad = a una millonésima de farad. Un picofarad = 10−12 farad. Si después de cargar el condensador, se desconecta el generador, abriendo los interruptores, la carga volverá gradualmente a la lámina inferior a través del aislamiento, puesto que no existe ningún aislamiento perfecto; 1

pero si el tiempo es seco, transcurrirán varios días antes que la carga desaparezca completamente. El condensador puede descargarse en pocas millonésimas de segundo conectando los extremos de un trozo corto de hilo a ambas láminas. La capacidad es inversamente proporcional a la distancia que los separa. La explicación a esto está en el hecho en el que los protones en exceso que hay sobre la barra inferior ejercen una fuerza de atracción sobre los electrones que abandonan esta lámina oponiéndose así a los flujos de los mismos, mientras que los electrones en exceso en la lamina superior repelen a los de la inferior favoreciendo así el flujo. Puesto que los electrones en exceso en la lamina superior están a alguna distancia del lugar donde se producen las separaciones, mientras que los protones en exceso están justamente en dicho sitio, las fuerzas repulsivas que favorecen el flujo de electrones son menores que las fuerzas atractivas que se oponen a él, y el generador tiene que realizar un trabajo parar separar los electrones de la lamina inferior. La capacidad de un condensador varia también considerablemente con la naturaleza de la sustancia aislante comprendida entre las laminas, denominada generalmente dieléctrico, y la razón de la capacidad de un condensador dado con un dieléctrico determinado entre sus láminas, a la capacidad del mismo condensador cuando entre las láminas hay aire o existe el vacío, se denomina constante dieléctrica. SUSTANCIA Aceite Agua Aire Ebonita Goma Laca Mica Papel Parafinado Vidrio

Constante Dieléctrica 2,2 − 4,7 81 1 2,0 − 3,5 2,9 − 3,7 2,5 − 6,6 2,0 − 2,6 5,4 − 9,9

La razón de por qué la capacidad cambia por el dieléctrico es que los propios dieléctricos contienen un gran número de protones y electrones que, aunque no puedan fluir, son capaces sin embargo, de moverse apreciablemente. Esto és, están sujetos de modo elástico y no rígido. La deformación de la estructura del dieléctrico, producida al cargar el condensador, tiene un efecto fundamental sobre las fuerzas de atracción y repulsión que ayudan o se oponen al paso de la carga, y por tanto, un efecto fundamental sobre la capacidad. Para describir la relación carga − voltaje del dispositivo, transfiramos carga de una placa a la otra. Supongamos, por ejemplo, que por medio de un circuito externo, tomamos una carga pequeña que según la primera figura denominados q, de la placa inferior a la placa superior. Esto, por supuesto, deposita una carga +q en la placa superior y deja una carga −q en la inferior. Ya que mover estas cargas requiere la separación de cargas de diferente signo (recuérdense que cargas opuestas se atraen), se desarrolla una pequeña cantidad de trabajo, y la placa superior se eleva a un potencial que designaremos v con respecto a la placa inferior. Cada elemento de carga q que transfiramos incrementa la diferencia de potencial entre las placas en una cantidad v . Por tanto, la diferencia de potencial entre las placas es proporcional a la carga transferida. Esto sugiere que un cambio en el voltaje entre terminales en una cantidad v origina un cambio correspondiente en la carga de la placa superior en una cantidad q. Así, la carga es proporcional a la diferencia de potencial. Esto significa que si un voltaje entre terminales v corresponde a una carga q en el capacitor ha sido cargado al voltaje v el cual es proporcional a la carga. Por lo tanto:

2

C viene siendo la constante de proporcionalidad, conocida como la capacitancia del dispositivo en faradios. Los condensadores que satisfacen dicha anterior formula se denominan condensadores lineales puesto que su relación carga − voltaje es la ecuación de una linea recta con pendiente C. Puesto que la corriente se define como la razón de cambio de la carga, diferenciando la anterior formula, tenemos que:

TIPOS DE CONDENSADORES Los tipos comunes de Condensadores incluyen a los de cerámica (titanato de bario), Mylar, Teflón y poliestireno. Otro tipo de capacitor, que ofrece valores mayores de C, es el capacitor electrolítico. Este capacitor está fabricado con placas polarizadas de óxido de aluminio u óxido de tantalio. Los productos resistencia − capacitancia, sin embargo, indica que los electrolíticos son más disparadores que los tipos no electrolíticos. Además, puesto que los condensadores electrolíticos están polarizados, deben conectarse al circuito con la polaridad de voltaje apropiada. Si se usa la polaridad incorrecta, se reducirá el óxido y puede ocurrir una conducción abundante entre las placas. Los condensadores electrolíticos son los que tienen mayor capacidad nominal, por su mayor relación capacidad/volumen. Ello los hace atractivos a simple vista para las aplicaciones de filtrado tipo de paso bajo. No obstante, su ESR es elevada, del orden de 0,1 W e incluso 1 W en los de aluminio, valor que aumenta con la frecuencia y al disminuir la temperatura. Su corriente de fugas aumenta si permanecen largo tiempo sin tensión aplicada. Debido a su gran tamaño, la inductancia de los condensadores de aluminio es elevada, lo que limita su utilización a frecuencias inferiores a 25 KHz. Se emplean principalmente en filtrado, desacoplamiento y acoplamiento a baja frecuencia. Ante la posible presencia de altas frecuencias, deben desacoplarse con un condensador de tipo distinto dispuesto en paralelo, que tenga pequeño valor y baja inductancia. Una desventaja de los condensadores electrolíticos es que están polarizados, lo que obliga a que la tensión entre sus bornes tenga siempre una polaridad determinada. Puede obtenerse un condensador no polarizado conectando dos condensadores electrolíticos iguales en oposición−serie, resultando un condensador con capacidad mitad y la misma tensión nominal que la de los condensadores empleados. CONDENSADORES EN SERIE La capacitancia equivalente de las conexiones en serie y paralelo son una analogía directa de la conductancia equivalente. Consideremos primero la conexión en serie de N capacitores como se muestra a continuación Si aplicamos LVK, encontramos que: Por lo tanto: Y si tenemos en serie C1 + C2, CS se saca como si estuvieran en paralelo. Por lo tanto, la capacitancia equivalente es el producto sobre la suma de dos capacitancias individuales. EJEMPLARES DE CONDENSADORES CONCLUSION

3

Los condensadores no son más que dispositivos que permiten la carga y descarga de energía y por lo tanto el almacenamiento de las mismas en el tiempo que sea necesario. Por tanto, son dispositivos que evitan el disparo repentino del flujo de energía almacenando una cantidad de la misma dentro de ellos. La capacidad de los condensadores dependen no solo de los materiales dieléctricos que usan los diferentes fabricantes, sino también de la distancia que tienen las placas de separación. El flujo de protones y electrones dentro del capacitor dependen de la distancia que los separa, pues dicha distancia facilita o impide el mas rápido traspaso de contaminante a las placas. Si hablamos en incorporar condensadores en circuitos básicos, obtenemos que los condensadores conectados en serie se comportan como resistores en paralelo; y cuando se conectan en paralelo se comportan como resistores en serie. Por lo tanto, la capacidad de los capacitores es inversamente proporcional a la tensión aplicada. 1 + q −

4

5