Condesadores y capacitores

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
1
· 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.
Condensador de Mica (eléctrodos
de banho de prata)
Tolerância: ± 0.5 pF
1% (>56 pF)
Tensão Máx.: 500 V d.c.
Gama Temp.: −40 ºC a 85 ºC
Condensador de Polystyrene
(película)
Tolerância: ± 1%
Coef. Temp.: −125 ± 60 ppm/ºC
Resistência Isol.: 100 Gð
Condensador de Polypropilene
(película)
Tolerância: ± 20%
Coef. Temp.: −200 ppm/ºC
Resistência Isol.: 100 Gð
Tensão Máx.: 1000 V d.c.
Gama Temp.: −55 ºC a 100 ºC
2
Condensador de Policarbonato
(película)
Tolerância: ± 5%
Coef. Temp.: ± 100 ppm/ºC
Gama Temp.: −55 ºC a 125 ºC
Condensador de Polypropilene
(película)
Condensador de Papel
Tolerância: ± 20%
Tolerância: ± 20%
Coef. Temp.: −200 ppm/ºC
Tensão Máx.: 250 V a.c. 630 V d.c. Resistência Isol.: 100 Gð
Tensão Máx.: 1000 V d.c.
Gama Temp.: −55 ºC a 100 ºC
Condensador de Policarbonato
(película)
Tolerância: ± 5%
Resistência Isol.: 100 Gð
Condensador de Polyester
(película)
Tolerância: ± 10%
Resistência Isol.: 30 Gð
Tensão Máx.: 100 a 400 V
Gama Temp.: −40 ºC a 85 ºC
Condensador de Polyester
(película)
Tolerância: ± 5%
Resistência Isol.: 30 Gð
Condensador de Polyester
(película)
Tolerância: ± 10%
Resistência Isol.: 10 Gð
Tensão Máx.: 63 V
Condensador Cerâmico (Placa)
Tolerância: 0.25 pF (<10pF) ± 2%
( 10 pF)
Resistência Isol.: 10 Gð
Tensão Máx.: 100 a 400 V
Gama Temp.: −40 ºC a 85 ºC
Condensador Cerâmico
(Multicamada)
Tolerância: ± 10%
Coef. Temp.: ± 20%
Gama Temp.: −55 ºC a 125 ºC
Resistência Isol.: > 100 Gð
3
Condensador Cerâmico
Tolerância: − 20%
Resistência Isol.: 10 Gð
Condensador Electrolítico
(alumínio; polarizado)
Tolerância: ± 20% ( 10 pF)
Tensão Máx.: 35 V (esq.) 63 V
(dto.)
Iperdas: 3 ðA ou I=0.01*C*V (o
maior valor)
Gama Temp.: −40 ºC a 85 ºC
Condensador Electrolítico
(alumínio; não−polarizado)
Tolerância: ± 20%
Tensão Máx.: 6.3 V
Iperdas: I=0.03*C*V
Gama Temp.: −40 ºC a 85 ºC
Condensador Electrolítico
(tântalo sólido seco; polarizado)
Tolerância: ± 20%
Tensão Máx.: 35 V
Iperdas: 1 ðA ou I=0.02*C*V (o
maior valor)
Gama Temp.: −55 ºC a 85 ºC
Condensador Electrolítico
(alumínio; polarizado; montagem
superficial)
Tolerância: ± 20%
Tensão Máx.: 50 V (esq.) 10 V
(dto.)
Iperdas: 3 ðA ou I=0.01*C*V (o
maior valor)
Gama Temp.: −40 ºC a 85 ºC
Condensador Electrolítico
(tântalo sólido; polarizado;
montagem superficial)
Tolerância: ± 10%
Tensão Máx.: 16 V
Iperdas: 0.5 ðA
Gama Temp.: −55 ºC a 85 ºC
Condensador de Sulfito de
Polyphenylene (película; montagem
superficial)
Tolerância: ± 2%
Tensão Máx.: 50 V (d.c.)
Resist. Isol.: 3Gð
Gama Temp.: −55 ºC a 125 ºC
Condensador Variável de
Polypropylene
1 volta: 2 pF a 10 pF
Dimensão: 5 mm
Tensão Máx.: 100 V d.c
Gama Temp.: −40 ºC a 70 ºC
4
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
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
6
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
7
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
8
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
9
Colegio Geronimo Rendic
La Serena
Asignatura : física
CONDENSADORES
Y
CAPACITORES
Integrantes
Curso
•
: 4° medio B
10
Encapsulados
Condensadores de marcha
C esf = R
11