Condensador de Láminas Paralelas o Condensadores Planos

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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación U.E Colegio “Padre Seias! Edo" Carabobo Naguanagua, 02 de abril del 2014. #ntroducción

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aqui les dejo otro trabajo de fisica

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Repblica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la EducacinU.E Colegio Padre SeijasEdo- Carabobo

Naguanagua, 02 de abril del 2014.IntroduccinLa Fsica como ciencia, ha tenido que desarrollar o crear a lo largo de los aos, diferentes tcnicas, mtodos o mecanismos que le ayudan a facilitar con mejor rendimiento y factibilidad el estudio de la materia, es por sta razn, que se han ido desarrollando a nivel mundial, distintos tipos de nmeros, unidades de medidas, energas , fuerzas, frmulas matemticas, etc. Por lo tanto la fsica es, una de las ciencias ms completas y de mayor relacin con la vida cotidiana. Podemos decir entonces que este trabajo sirve como material de apoyo para que los estudiantes puedan leer y entender con mayor claridad y facilidad el respectivo tema de los condensadores, el cual sabremos la cantidad de condensadores existentes, la manera en que se encuentran asociados, entre otras cosa. Para poder entonces lograr un aprendizaje significativo de los contenidos de este dicho trabajo. (Vanessa Lattarulo #13)Este trabajo contiene material necesario para poder abordar con facilidad todo el tema, es desarrollado de una manera diseada para la sencilla comprensin de todas aquellas personas que as deseen aprender, investigar, leer un poco sobre dicho tema, en este caso sern los profesores de la materia y los alumnos de 5to ao que tienen mayor conocimiento sobre este tema. En este trabajo vamos a enfocarnos en los condensadores o tambin llamados capacitores, los cuales tienen funciones totalmente peculiares y de gran inters para cualquier persona, as mismo se incluirn temas que ya hemos estudiado y visto posteriormente, lo cual nos va a facilitar a la hora de entender y aprender. Esperemos que dicho trabajo le sea de gran oportunidad para el estudio de la materia, sirva como material de prctica y aprendizaje en todo momento que sea necesario y solicitado. A dems es un tema muy dinmico, donde todos los alumnos pueden tener la peculiaridad de entenderlo fcilmente. (Milagro Lpez #15)Como se ha aclarado anteriormente este trabajo tiene como finalidad lograr que los alumnos tengan la facilidad de comprender el tema, y adems podemos decir que este trabajo sirve como material de apoyo para jvenes de 5to ao de bachillerato. Para que cada da todas las personas puedan aprender distintos temas, los cuales son necesarios en la vida y tienen gran importancia ya que se relacionan de una u otra manera con el da a da en el cual vivimos. Con este trabajo no solo queremos ayudar a otras personas a la comprensin, entendimiento y reforzamiento, sino que tambin nos ayudamos a nosotros mismos, ya que investigamos, analizamos e interpretamos muchas cosas de la fsica que nos pueden servir ms adelante.Esperamos cumplir con todos los requisitos y todas las pautas dadas por el profesor, para obtener una nota digna de este trabajo. Ya que nos esforzamos mucho y pusimos todo nuestro empreo para lograr realizar dicho trabajo, de igual manera nos encontramos contentas de que pudimos entender con facilidad el tema ya que a pesar de que fue un poco arduo logramos completar todas las pautas que el trabajo nos daba. (Obdubel Barbera #18)

ObjetivosObjetivos Generales Estudiar los condensadores o capacitores y la carga y descarga de los mismos.

Objetivos Especficos Estudiar los tipos de condensadores o capacitores. Analizar la carga y descarga de los condensadores. Estudiar la capacidad elctrica y sus unidades. Estudiar, comprender y analizar la energa de un condensador cargado. Comprender y analizar la asociacin de los condensadores. .

ndice Concepto de Capacitores. Tipos de Capacitores. Carga y Descarga de un capacitor. Smbolo de los capacitores Caractersticas fsicas de los condensadores Concepto de capacidad o capacitancia Unidades de capacidad. Submltiplos y equivalencias del Farad. Condensadores de lminas paralelas o condensadores planos. Factores de los cuales depende la capacidad de un condensador de placas paralelas. Energa de un condensador cargado. Combinacin o asociacin de condensadores o capacitores. Asociacin en paralelo. Asociacin en serie.

Condensadores o capacitoresEntre los componentes pasivos, el ms complejo de todos, por sus caractersticas y variedad, es el condensador. Por ser un elemento que presenta una impedancia que es funcin de la frecuencia de la seal ofrece unas posibilidades que son aprovechadas en la implementacin de circuitos electrnicos, donde desarrolla toda su potencia.Un condensador o capacitor es un dispositivo formado por dos placas metlicas separadas por un aislante llamado dielctrico. Tiene como funcin almacenar cargas elctricas para su posterior utilizacin.Es un dispositivopasivo, utilizado enelectricidadyelectrnica, capaz de almacenarenergasustentando uncampo elctrico. Est formado por un par de superficiesconductoras, generalmente en forma de lminas o placas, en situacin deinfluencia total(esto es, que todas laslneas de campoelctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un materialdielctricoo por elvaco. Las placas, sometidas a unadiferencia de potencial, adquieren una determinadacarga elctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variacin de carga total.Aunque desde el punto de vista fsico un condensador no almacena carga ni corriente elctrica, sino simplementeenerga mecnicalatente; al ser introducido en uncircuitose comporta en la prctica como un elemento "capaz" de almacenar laenerga elctricaque recibe durante el periodo de carga, la misma energa que cede despus durante el periodo de descarga.

Los capacitores son utilizados, frecuentemente en una variedad de circuitos elctrico: En los radios receptores se encargan de sintonizar la frecuencia Eliminan los chispazos en los sistemas de encendido de los automviles. Son usados en los filtros de las fuentes de poder. Sirven como dispositivos de almacenamiento de energa en las unidades electrnicas de destello.Un condensador consta generalmente de dos cuerpos conductores, cargados con cargas de la misma magnitud pero de signos opuesto.

Tipos de capacitores Condensadores de aire. Se trata de condensadores, normalmente de placas paralelas, con dielctrico deairey encapsulados envidrio. Como la permitividad elctrica relativa es la unidad, slo permite valores de capacidad muy pequeos. Se utiliz en radio y radar, pues carecen de prdidas y polarizacin en el dielctrico, funcionando bien a frecuencias elevadas.

Condensadores de mica. Lamicaposee varias propiedades que la hacen adecuada para dielctrico de condensadores: bajas prdidas, exfoliacin en lminas finas, soporta altas temperaturas y no se degrada por oxidacin o con la humedad. Sobre una cara de la lmina de mica se depositaaluminio, que forma una armadura. Se apilan varias de estas lminas, soldando los extremos alternativamente a cada uno de los terminales. Estos condensadores funcionan bien en altas frecuencias y soportan tensiones elevadas, pero son caros y se ven gradualmente sustituidos por otros tipos.

Condensadores de papel. El dielctrico es papel parafinado,baquelizadoo sometido a algn otro tratamiento que reduce suhigroscopiay aumenta el aislamiento. Se apilan dos cintas de papel, una de aluminio, otras dos de papel y otra de aluminio y se enrollan en espiral. Las cintas de aluminio constituyen las dos armaduras, que se conectan a sendos terminales. Se utilizan dos cintas de papel para evitar los poros que pueden presentar.

Condensadores autorregenerables. Los condensadores de papel tienen aplicaciones en ambientes industriales. Los condensadores autorregenerables son condensadores de papel, pero la armadura se realiza depositando aluminio sobre el papel. Ante una situacin de sobrecarga que supere la rigidez dielctrica del dielctrico, el papel se rompe en algn punto, producindose un cortocircuito entre las armaduras, pero este corto provoca una alta densidad de corriente por las armaduras en la zona de la rotura. Esta corriente funde la fina capa de aluminio que rodea al cortocircuito, restableciendo el aislamiento entre las armaduras.

Condensadores electrolticos. Es un tipo de condensador que utiliza un electrolito, como su primera armadura, la cual acta comoctodo. Con la tensin adecuada, el electrolito deposita una capa aislante (la cual es en general una capa muy fina de xido de aluminio) sobre la segunda armadura o cuba (nodo), consiguiendo as capacidades muy elevadas. Son inadecuados para funcionar con corriente alterna. La polarizacin inversa destruye el xido, produciendo un cortocircuito entre el electrolito y la cuba, aumentando la temperatura, y por tanto, arde o estalla el condensador consecuentemente. Existen varios tipos, segn su segunda armadura y electrolito empleados:

Condensadores de aluminio. Es el tipo normal. La cuba es de aluminio y el electrolito una disolucin decido brico. Funciona bien a bajas frecuencias, pero presenta prdidas grandes a frecuencias medias y altas. Se emplea en fuentes de alimentacin y equipos de audio.Muy utilizado en fuentes de alimentacin conmutadas.

Condensadores de tantalio(tntalos). Es otro condensador electroltico, pero empleatantalioen lugar de aluminio. Consigue corrientes de prdidas bajas, mucho menores que en los condensadores de aluminio. Suelen tener mejor relacin capacidad/volumen.

Condensadores bipolares (para corriente alterna). Estn formados por dos condensadores electrolticos en serie inversa, utilizados en caso de que la corriente pueda invertirse. Son inservibles para altas frecuencias.

Condensadores de polisteroMylar. Est formado por lminas delgadas depolistersobre las que se deposita aluminio, que forma las armaduras. Se apilan estas lminas y se conectan por los extremos. Del mismo modo, tambin se encuentran condensadores depolicarbonatoypolipropileno.

Condensadores de polietilenotambin conocidos comnmente como Styroflex(marca registrada deSiemens).Otro tipo de condensadores de plstico, muy utilizado en radio, por disponer de coeficiente de temperatura inverso a las bobinas de sintona, logrando de este modo estabilidad en los circuitos resonantes.

Condensadores cermicos. Utilizacermicasde varios tipos para formar el dielctrico. Existen diferentes tipos formados por una sola lmina de dielctrico, pero tambin los hay formados por lminas apiladas. Dependiendo del tipo, funcionan a distintas frecuencias, llegando hasta las microondas.

Condensadores sncronos. Es unmotor sncronoque se comporta como un condensador.

Dielctrico variable. Este tipo de condensador tiene una armadura mvil que gira en torno a un eje, permitiendo que se introduzca ms o menos dentro de la otra. El perfil de la armadura suele ser tal que la variacin de capacidad es proporcional al logaritmo del ngulo que gira el eje.

Condensadores de ajuste. Son tipos especiales de condensadores variables. Las armaduras son semicirculares, pudiendo girar una de ellas en torno al centro, variando as la capacidad. Otro tipo se basa en acercar las armaduras, mediante un tornillo que las aprieta.

Carga de un condensadorConsideremos dos placas o armaduras planas A y B paralelas, entre las cuales es colocado un aislante que recibe el nombre de dielctrico (material que evita el paso de la corriente), el cual puede ser de aire, vidrio o de polietileno, mica o papeles encerados especiales.Al conectar un batera, los electrones del polo negativo se desplazan hasta llegar a una de las placas del condensador, la cual adquiere una carga negativa. Simultneamente, el terminal positiva de la batera atrae o saca los electrones libres de la otra placa del condensador, los cuales son ayudados a expulsar los electrones de la primera placa. De esta manera, se dice que el condensador se ha cargado.Durante este proceso de carga la corriente esta circulando por todo el circuito hasta tanto finalice e proceso. Se dice, que el condensador ha almacenado energa, la cual se puede perder por fugas en el dielctrico o que se ha descargado hacia otro circuito.Al conectar un condensador en un circuito, la corriente empieza a circular por el mismo. A la vez, el condensador va acumulando carga entre sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, deja de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador y la resistencia en paralelo, la carga empieza a fluir de una de las placas del condensador a la otra a travs de la resistencia, hasta que la carga es nula en las dos placas. En este caso, la corriente circular en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando.

Descarga de un CondensadorEn (A) de esta otra ilustracin se puede ver el capacitor Cc (completamente cargado), ubicado en un circuito con el interruptor abierto, donde existe tambin conectada una lmpara apagada. En (B) el interruptor aparece cerrado, por lo que comienza de inmediato a circular corriente elctrica por el circuito, representada por la flechas, dando inicio a la descarga del capacitor. Al comienzo de la descarga, la lmpara se enciende completamente al ser energizada por la carga de energa elctrica almacenada en el capacitor. En (C) el capacitor se va descargando, por lo que la lmpara se va apagando y perdiendo su brillo inicial. En (D) el capacitor se encuentra ya completamente descargado, la corriente elctrica deja de fluir y, por tanto, la lmpara se apaga.Un capacitor completamente cargado constituye una fuente de energa ofuerza electromotriz (FEM)que se puede utilizar en cualquiercircuito elctricoo electrnico para realizar un trabajo previamente concebido. Si cerramos el circuito compuesto por elcapacitory la batera por medio del interruptor que aparece en la parte superior de esta ilustracin, lacorrientecomenzar a fluir de inmediato desde la placa negativa () a la positiva (+) del capacitor, atravesando la bombilla para completar el circuito. De esa forma comenzar la descarga y la bombilla se iluminar por completo, pero poco a poco ira perdiendo brillo hasta quedar apagada una vez que el capacitor quede descargado por completo y no le pueda continuar suministrando energa elctrica para mantenerla encendida.Una vez que la descarga del capacitor se completa, se restablece el equilibrio electrnico en las dos placas metlicas, o sea, no existe ya exceso de electrones en una, ni exceso de protones en la otra, por lo que el flujo de corriente elctrica se detiene.

Smbolo de un condensador

Fijo

Variable

Caractersticas fsicas de un condensador

Si el rea de las placas que estn frente a frente es grande, la capacidad aumenta. Si la separacin entre las placas aumenta, disminuye la capacidad. Dependiendo del material dielctrico que se use entre las placas tambin afecta la capacidad. Si se vara la tensin aplicada, varia la carga almacenada.

Capacidad ElctricaLa capacidad de un condensador es la magnitud medida por la relacin entre la carga en cualquiera de los dos conductores y la diferencia de potencial entre ellos. Tambin puede definirse como la razn entre su carga y la diferencia de potencialLa expresin matemtica de esta definicin se escribe as:

C: capacidad del condensador.V: diferencia de potencial entre las placas.q: carga de cada una de las placas. Hay que hacer notar que la carga q no es la carga neta de las placas, puesto que la carga neta es cero. Esa carga, es la magnitud de la carga de una de las placas

Unidades de capacidadObservando la ecuacin expresamos q en coulomb y V en voltios, tenemos que la capacidad la cual se expresa es en . Esta relacin es llamada Farad o Faradio, que es la unidad de capacidad en el S.I.

El Farad es la capacidad de un condensador que adquiere la carga de un coulomb cuando se le aplica una diferencia de potencial de un voltio. El Farad es conocido por ser una unidad muy grande, pues, sera muy difcil obtener un condensador, que cuando reciba una carga de un coulomb entre sus armaduras adquiera una diferencia de potencial de un Voltio. Por esta razn son usados los submltiplos del Farad.

Submltiplos y equivalencias del Farad

SubmltiplosEquivalencias

Milifarad

Microfarad

Nanofarad

Picofarad

Condensador de lminas paralelas o condensadores planosEs aquel condensador formado por dos lminas conductoras de rea A y separadas paralelamente por una distancia d, que es pequea comparada con las dimensiones de las aristas del rea. Al conectar el condensador a una fuente de poder (dispositivo que suministra energa elctrica) cada una de las placas adquiere una carga de valor Q. De la seccin de campo elctrico, tenemos que el campo total entre dos placas planas paralelas era:Campo entre las placas

Si entre ellas lo que exista era aire. La diferencia de potencial es:

Y la densidad de carga est dada por:

Tenemos que la diferencia de potencial es:

Aplicando la ecuacin 6.1, nos queda:

Un condensador plano o de placas paralelas no es ms que un condensador que presenta las caractersticas siguientes: Est constituido por un par de lminas paralelas de rea finita. La separacin entre las lminas es despreciable en comparacin con sus dimensiones.

Factores de los cuales depende la capacidad de un condensador de placas paralelasa) El rea de las placas.b) La separacin entre las placas.c) La naturaleza del material aislante entre dichas placas (dielctrico). Debemos considerar un condensador sencillo, como el mostrado en la figura a continuacin, el cual est constituido por dos lminas conductoras paralelas A y B, las cuales poseen cargas de la misma magnitud pero de signos opuestos. Sea d la separacin pequea entre ellas.

Al existir una carga en las placas, entre ellas se establece un campo elctrico que viene dado en magnitud por la relacin: (1)

El campo elctrico entre las placas viene dado por: (2)

Sustituyendo (2) en (1) nos queda que la diferencia de potencial entre las placas es:

(3)Por otro lado la capacidad viene dada por:

Luego:

Como era de esperarse, esto significa que la capacidad de un condensador plano es: proporcional al rea de las placas e inversamente proporcional a la separacin entre ellas. De aqu se concluye, que para alcanzar una gran capacidad el rea de las placas se debe hacer tan grande como sea posible y reducir la separacin entre ellas al mnimo.Si entre las placas se coloca un dielctrico entonces habr una variacin en la capacidad, la cual ser mayor cuanto mayor sea el valor del dielctrico.La ecuacin con dielctrico podemos escribirla as:

Donde, se denomina constante dielctrica, la cual depende de la sustancia entre las placas.

De todo lo analizado podemos decir que: A mayor rea mayor capacidad. A menor distancia entre las armaduras mayor capacidad. A mejor dielctrico mayor capacidad.

Tabla de constantes dielctricasA temperatura ambiente y para campos elctricos fijos se tiene la siguiente tabla.MaterialConstante

Aceite Piranol4,5

Agua78

Aire1,00054

Baquelita4,8

Caucho2 a 3,5

Cuarzo3,8

Ebonita2,8

Madera2,5 a 7,7

Mica5,4

Papel3,5

Polietileno2,3

Porcelana6,5

Tefln2,1

Vaco1

Vidrio Pyrex4,5

Energa de un condensador cargadoConsideremos un condensador, el cual se ha cargado y ha consumido cierta cantidad de energa, la cual es acumulada como energa potencial que puede ser recuperada cuando el condensador se descargue.

Si por medio de un conductor unimos sus armaduras, el condensador se descargar, produciendo dicha descarga un calentamiento en el conductor, observando un proceso de liberacin de energa en forma de calor.En el proceso de carga del condensador, la diferencia de potencial entre las placas no se mantiene constante, pues, pasa desde un valor inicial ( ) hasta un valor final (V). La diferencia de potencial media en el proceso de carga viene dada por:

Como entonces: (1)

El trabajo (W), para transferir la carga (q), entre dos puntos con diferencia de potencial ( es: (2)

Sustituyendo (1) en (2) nos queda que:

(3)Esta expresin nos da la energa potencial almacenada en un condensador cargado. Si sustituimos q = C. V en la expresin (3) obtenemos las tres ecuaciones equivalentes, que nos permitirn calcular la energa de un condensador.

Para cargar un condensador pasamos carga de la placa de menor a la de mayor potencial y requiere, por tanto, el consumo de energa. Imaginemos que el proceso de carga comienza con ambas placas completamente descargadas y despus, sacamos repetidamente cargas positivas de una de ellas y las pasamos a la otra. En un momento dado, tendremos una carga q en las placas y la diferencia de potencial entre las mismas ser V.Al conectar un condensador en un circuito, la corriente empieza a circular por el mismo. A la vez, el condensador va acumulando carga entre sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, deja de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador y la resistencia en cortocircuito, la carga empieza a fluir de una de las placas del condensador a la otra a travs de la resistencia, hasta que la carga es nula en las dos placas. En este caso, la corriente circular en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando.En el proceso de cargar un condensador, se va generando un campo elctrico en toda la regin entre placas, lo cual implica una cantidad de energa elctrica cuya densidad es proporcional al cuadrado de la magnitud del campo elctrico. Esta energa es proporcionada externamente y consiste en el trabajo que se debe realizar para colocar una carga extra y del mismo signo sobre la placa ya parcialmente cargada, venciendo la repulsin coulombiana. En virtud de que el campo elctrico generado es conservativo, el condensador almacena esta energa suministrada.Trabajo: a medida que aumenta la carga en el condensador, aparece una pequea diferencia de potencial que va aumentando en forma lineal.

Combinacin o asociacin de condensadores o capacitoresDos o ms condensadores pueden ser asociados para formar uno de capacidad equivalente. La capacidad equivalente se denomina a la capacidad total de una asociacin de condensadores.Segn la forma en que se dispongan las conexiones entre las diferentes armaduras se obtienen tres tipos distintos de asociaciones: Asociacin en paralelo. Asociacin en serie. Asociacin mixta.Asociacin en Paralelo: La combinacin en paralelo de varios condensadores se lleva a cabo, conectando entre s todas las armaduras de un lado al polo positivo de la batera y todas las armaduras del otro lado al polo negativo de la batera. La capacidad equivalente o capacidad total de varios condensadores asociados en paralelo es igual a la suma de las capacidades de los condensadores que constituyen la agrupacin. Caractersticas: La carga total es igual a la suma de las cargas en las armaduras positivas o en las negativas La diferencia de potencial entre las armaduras es la misma La capacidad total es la suma de las capacidades de los condensadores

Asociacin en Serie: La combinacin en serie de varios condensadores consiste en conectar la armadura final de un condensador con la armadura inicial del siguiente y as sucesivamente, es decir, las armaduras extremas son las que se encuentran conectadas a la batera. La diferencia de potencial que existe entre las armaduras extremas, es la suma de las diferencia de potencial existente entre las armaduras de cada condensador. Cuando dos o ms condensadores estn conectados en series, el inverso de la capacidad equivalente es igual a la suma de los inversos de las capacidades parciales. Caractersticas: Todas las armaduras tienen la misma carga La diferencia de potencial entre la primera y la ltima es igual a la suma de las diferencias de potencial entre las armaduras sucesivas El valor inverso de la capacidad total es igual a la suma de los valores inversos de las capacidades de los condensadores que forman la batera

Asociacin Mixta: Una asociacin mixta de condensadores es aquella donde aparecen condensadores asociados en serie unidos a condensadores asociados en paralelo.

ConclusinEn el presente trabajo se da a conocer lo relacionado a la carga y descarga de un condensador elctrico, hemos llegado a la conclusin de que este es un tema sumamente complejo y cientfico, que est determinado por elementos que son propios, por lo tanto, podemos decir que este tema es de gran importancia ya que es muy comn en el da a da de todas las personas.Con la realizacin del mismo, esperamos dar a conocer al lector los conceptos bsicos acerca de este tema, como lo es el condensador o capacitor elctrico, sus tipos, su carga, sus smbolos, su unidad, su asociacin y todo lo referente a los mismos. (N13)Despus de haber realizado el presente trabajo podemos conocer con mayor claridad el significado de capacitor o condensador elctrico, que no es ms que un dispositivo formado por dos placas metlicas separadas por un aislante llamado dielctrico. Este dispositivo tiene como funcin almacenar cargas elctricas para su posterior utilizacin.As mismo, esperamos lograr cumplir con todos los objetivos propuestos y que dicho trabajo sea de agrado para todo aquel que lo lea. Adems, esperamos dejar una gran enseanza y un buen aprendizaje de lo referente a nuestro trabajo (N15)Finalmente, con la realizacin de ste trabajo, se pudo concluir, que todos aquellos conocimientos o experiencias adquiridas mediante este trabajo se pueden emplear de una manera prctica y sencilla mediante el manejo de los conceptos bsicos (en ste caso, Condensadores elctricos). Debido a esto podemos decir que las investigaciones que se presentan en ste tema determinan conocimientos muy importantes para el estudio de la Fsica y dejan en el lector, un aprendizaje til que le servir de herramienta clara y fcil para el momento en el cual se amerite su aplicacin a la vida real. (N18)

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