CAPACITORES.

Electricidad y magnetismo.

Mario Guillermo Garza Rosas.

11310155.

G 205.

Centro de enseñanza técnica industrial.

Que es un capacitor ?

Se le llama capacitor a un dispositivo el cual almacena carga eléctrica. Este está formado por dos placas o conductores próximos unos a otros, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.

Estas dos placas o conductores que contiene este dispositivo están colocadas dentro de este en una forma paralela una de otra, estas tienen una misma superficie y están encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar o electrizar una de las placas, esta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Así teniendo cargada una de sus placas con carga negativa (-) y la otra positiva (+) sus cargas son iguales, y la carga neta del sistema es 0, sin embargo se dice que el capacitor se encuentra cargado con una carga “Q”.

Tipos de capacitores.Los capacitores se fabrican en gran variedad de formas y se pueden mandar a hacer de acuerdo 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.

El primer capacitor es la botella de Leyden, el cual es un capacitor 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 capacitor es su capacidad, cantidad de carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.La botella de Leyden, uno de los capacitores más simples, almacena una carga eléctrica que puede liberarse, o descargarse, juntando sus terminales, mediante una varilla conductora. La primera botella de Leyden se fabricó alrededor de 1745, y todavía se utiliza en experimentos de laboratorio.

Tipos de capacitores.

Capacitor de aluminio.

este capacitor está formado por una especie de barril de aluminio y su dieléctrico es un mescla de acido bórico, este capacitor tiene un gran funcionamiento cuando se manejan bajas frecuencias pero cuando está en frecuencias mediana o altas, este tipo de capacitor tiende a tener grandes pérdidas de frecuencia, es utilizado en fuente de alimentación (en especial las conmutativas) y equipos de audio..

Capacitores autorregenerables.estos están clasificados dentro de los capacitores de papel, ya que están hechos de ente material, son utilizados mucho en la industria, ya que si se presenta una sobrecarga, la cual supere las características del material dieléctrico, esta sobrecarga rompe el papel en algún instante y produce un corto circuito, entre el barril (armadura), esto produce una gran cantidad de corriente en la armadura en la parte donde se trono derritiendo una capa de aluminio la cual rodea el corto circuito y restablece el aislamiento que se debe encontrar entre las armaduras, regresando a un estado original.

Capacitor de aire. este tipo de capacitores son habitualmente de placas paralelas siendo su dieléctrico el aire, el cual esta encapsulado en una estructura de vidrio, este tipo de condensadores solo permite valores pequeños de capacitancia, son utilizado muy frecuentemente en radares y radios, tienen un gran funcionamiento de frecuencias altas y tienen una nula perdida en si dieléctrico a igual que no tienen polaridad.

Capacitores bipolares.estos capacitores son utilizados en la corriente alterna, en caso de que la corriente se invierta, se encuentran compuestos por un par de condensadores electrolíticos en forma de serie inversa, este tipo de capacitores no funcionan en altas frecuencias.

Capacitores cerámicos.estos utilizan cerámica 8distintos tipos de esta) como su dieléctrico, se encuentras distintos tipos de capacitores los cuales su dieléctrico está formado por una sola pila de cerámica, pero también los hay con dieléctricos formado por pilas de laminas, estos capacitores funcionan para distintas frecuencias incluyendo las microondas.

Capacitores electrolíticos. este tipo de capacitores utilizan un electrolito como parte de su armadura actuando esta como un cátodo, si se aplica un voltaje adecuado, este electrolito pondrá una carga aislante bore el segundo barril (armadura) llamado ánodo, obteniendo capacitancia elevada, estos capacitores son apropiados para la corriente alterna, pero si la polaridad se invierte, se destruye el oxido, dándole paso a un corto circuito entre el barril y el electrolito, para posteriormente sufrir una aumento de temperatura y luego explotar.

Capacitores de mica. estos capacitores utilizan la mica como dieléctrico, debido a que esta presenta bajas perdidas, soporta altas temperaturas, se exfolia en laminas finas, no se desgasta con el oxido ni con la humedad, se construye poniendo una leve capa de aluminio en el barril, para después soldarlo a cada terminal, soportan altos voltajes y funcionan bien en altas frecuencias, aunque tienen un precio muy elevado, por esta razón se opta por otros.

Capacitores de papel.utilizan como dieléctrico papel bakelizado, parafinado o tan solo que se encuentre reducida su higrometría y aumentado su aislamiento, se encuentra formado por dos cintas de papel una de aluminio y otras dos de papel y otra de aluminio, las cuales se encuentran en forma de espiral (enrolladas), donde las cintas de aluminio son los dos barriles, los cuales se encentran conectados a las correspondientes terminales.

Capacitor de poliéster. está constituido por láminas de poliéster donde se aloja aluminio, el cual forma los barriles, las láminas son apiladas y después conectadas por los extremos de estas.

Capacitores de tantalio. este también es un condensador electrolítico, pero se sustituye el aluminio por tantalio, consiguiendo así perdidas menores de corriente, con respecto a las pérdidas de corriente en los condensadores que contienen aluminio.

Capacitancia.

Esta es la magnitud de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial que existe entre las dos placas paralelas del capacitor.

La capacitancia siempre es una cantidad positiva ya que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga va siendo almacenada pues esta va incrementando, la proporción Q/V es constante para un capacitor dado.

La capacitancia tiene la unidad del sistema internacional coulomb por volt (v) .la unidad de capacitancia del sistema internacional es el farad (f), por Michael Faraday.

La capacidad de un capacitor se mide en faradios (f) .

C=Q/V

Q = carga (coulomb) de uno de los conductores.

V =diferencia de potencial (volts) entre los dos conductores o placas del capacitor. 

Almacenar energía en un condensador.Antes de que conectemos nuestro capacitor a una fuente de energía , sabemos que el condensador aún no tiene almacenado ninguna carga y sabemos que no hay ningún voltaje atreves del condensador.

El voltaje en el condensador es proporcional a la carga.

V=Q/C.

El almacenamiento de energía en un condensador, implica realizar un trabajo para llevar la carga desde una de las placas del capacitor hasta la otra del mismo, está venciendo las fuerzas eléctricas. A medida que se va almacenando la carga durante cierto tiempo o el proceso de carga del capacitor, cada sucesivo elemento de carga dQ (distancia, carga) va requiriendo mas trabajo para llevarlo a la placa positiva, estos cambios requieren de una integral.

Note que la energía total almacenada QV/2 es exactamente la mitad de la energía QV que es suministrada por la batería, independientemente de R.

Capacitores en serie.Cuando los capacitores están conectados atreves de una de sus terminales uno después del otro están conectados en serie.

Estos capacitores se pueden remplazar por un único capacitor que tendrá un valor equivalente al de todos los capacitores que se encontraban en serie.

Para obtener el valor del capacitor equivalente se utiliza la siguiente formula.

1/ct=1/c1+1/c2+1/c3+1/c4….así sucesivamente hasta llegar a contemplar todos los capacitores que tengamos conectados en serie.

Capacitores en paralelo.

Esto es cuando los capacitores están conectados por las dos de sus terminales a una fuente de energía.

Para encontrar un capacitor equivalente se utiliza la siguiente formula.

Ct=c1+c2+c3….. Y así sucesivamente para todos los capacitores que tengamos en nuestro circuito.

Dielectricos.

Se le denomina dieléctrico a un mal conductor de electricidad, por lo que se usa como un aislante eléctrico y además si este es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes los cuales no se les puede establecer un campo eléctrico interno .todos los materiales dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.

Los dieléctricos se emplean en los condensadores para separar físicamente sus placas y para incrementar su capacidad al disminuir el campo eléctrico y por tanto, la diferencia de potencial entre las mismas.

Constante dieléctrica.

Si entre las placas de un capacitor introducimos un dieléctrico, el campo eléctrico, y por tanto la diferencia de potencial, disminuye como consecuencia de la polarización en su interior.

Al factor de disminución se le llama constante dieléctrica, y es un número es diferente en cada material dieléctrico.

En la tabla se muestra la constante dieléctrica y la resistencia dieléctrica de algunos materiales.

Capacitores con dielectricos.

Los capacitores con dielectricos tienen un funcionamiento especifico la cual es inducirle carga a una de las placas del capacitor y esta cargar a la otra con el mismo valor de carga pero con signo contrario.

Así guardando o cargandose este capacitor con una carga.

El dieléctrico tiene una función muy importante aquí ya que impide el paso del campo eléctrico pero no en su totalidad ya que no es un aislante total, este deja pasar un mínimo de carga atraves de si llevando la carga de una palca a otra.

Estos dieléctricos pueden ser diferentes materiales como ya mencionamos antes entre algunos de ellos estan.

Material. Permitividad relativa.

Vacio. 1.0 Aire. 1.0006 Teflon. 2.0Papel recubierto con parafina. 2.5Hule. 3.0Aceite de transformador. 4.0Mica. 5.0Porcelana. 6.0Baquelita. 7.0Vidrio. 7.5Agua destilada. 80.0Titanio de bario estroncio. 7500.00

En conclucion.Como ya sabemos y vimos anteriormente los capacitores están compuestos por dos placas y al conectarlo o inducirle una carga las placas se cargan las cuales tienen cargas iguales pero con signo contrario. Estas placas ente si tienen un material dieléctrico el cual nos sirve para reducir el campo el eléctrico además de que fue comprobado por Michael Faraday que este ayudaba aumentar la carga en el capacitor a comparación con uno que no tenía un dieléctrico y a los dos se les cargaba con la misma diferencia de potencial.

También sabemos que existen diferentes tipos de dieléctricos los cuales unos tienen más permetividad relativa que otros todos con diferentes características y así también ayudando para obtener el resultado que nosotros queremos obtener de nuestro capacitor.

En conclusión a todo esto sabemos que los capacitores son componentes muy importantes ya que estos pueden almacenar grandes cantidades de energía eléctrica y es capaz de liberarla en el momento que más se requiere de ella, logrando también con esto que un circuito eléctrico permanezca estable y sin variaciones de voltaje.