Actividad 1. Capacitores y capacitancia

 

¿Qué es un capacitor?

Los capacitores también llamados condensadores eléctricos y son dispositivos pasivos como los resistores que funcionan como almacenamiento de energía que es esenciales para los circuitos electrónicos tanto analógicos como digitales

 Se utilizan en la sincronización, para la creación y formación de formas de onda, el bloqueo de la corriente continua y el acoplamiento de señales de corriente alterna, el filtrado y el suavizado y en el almacenamiento de energía. 

Estructura interna de un capacitor

               

Tipos de capacitores

Los capacitores fijos pueden ser “polarizados” o “no polarizados”. Los no polarizados se emplean en circuitos de corriente alterna (C.A.), mientras los polarizados como son, por ejemplo, los capacitores “electrolíticos”, se emplean en circuitos energizados con corriente directa (C.D.). Estos últimos se diferencian de los anteriores en que el extremo de conexión negativo se identifica con uno o varios signos menos (–) impresos a un costado del cuerpo. Resulta estrictamente necesario respetar esa polaridad cuando se conectan los capacitores electrolíticos en un circuito eléctrico de corriente directa (C.D.), porque de lo contrario se hinchan quedando inutilizados o, incluso, pueden llegar a explotar. 

 Capacitores polarizados y no polarizados

Comportamiento de un capacitor en corriente directa (cd)

El capacitor / condensador es fabricado de muchas formas y materiales, pero sin importar cómo haya sido construido, siempre es un dispositivo con dos placas separadas por un material

Si se conecta una batería a un condensador, circulará por él una corriente continua (CC). Circula una corriente de los terminales de la fuente hacia las placas del condensador.

– El terminal positivo de la fuente saca electrones de la placa superior y la carga positivamente.

– El terminal negativo llena de electrones la placa inferior y la carga negativamente.

En el diagrama siguiente el flujo de electrones está cargando las placas del capacitor. Esta situación se mantiene hasta que el flujo de electrones se detiene (la corriente deja de circular) comportándose el capacitor como un circuito abierto para la corriente continua (no permite el paso de corriente).

Carga y descarga de un capacitador

Carga del capacitor

Cuando se conecta un capacitor descargado a dos puntos que se encuentran a potenciales distintos, el capacitor no se carga instantáneamente, sino que adquiere cierta carga por unidad de tiempo, que depende de su capacidad y de la resistencia del circuito. La Figura 1 representa un capacitor y una resistencia conectados en serie a dos puntos entre los cuales se mantiene una diferencia de potencial. Si q es la carga del condensador en cierto instante posterior al cierre del interruptor e i es la intensidad de la corriente en el circuito en el mismo instante, se tiene:

Descarga del capacitor

Supongamos que el capacitor ya ha adquirido una carga Q₀ y que además hemos quitado la fuente del circuito y unido los puntos abiertos. Si ahora cerramos el interruptor, tendremos que:

En la Figura 3 se representan las gráficas de estas expresiones. Observamos que la corriente inicial es I₀ y la carga inicial Q₀; además, tanto i como q tienden asintóticamente a cero. La corriente es ahora negativa porque tiene, obviamente, un sentido opuesto al de carga.

¿Cómo saber el correcto funcionamiento de un capacitor utilizando el multímetro?

 La manera para saber si nuestro capacitor está en correcto funcionamiento usando un multímetro es hacer lo siguiente:

Tenemos que descargar el capacitor, después se hace la medición de este y si el valor da OL es porque el capacitor está dañado o el valor del capacitor es más alto que el intervalo de medición. 

 

En qué momento es oportuno cambiar un capacitor de un circuito

Se tiene que remplazar cuando esté presente daños físicos.

También es necesario cambiarlo cuando al medir los rangos del capacitor, de valores muy lejanos a estos.

Si el capacitor no muestra continuidad en sus terminales, es necesario hacer, de igual manera, un cambio.

Capacitancia

La capacitancia eléctrica es una propiedad única que posee un componente o circuito eléctrico para almacenar energía en forma de carga eléctrica y se representa con la letra «C»

Fórmula de la Capacitancia

Constante dieléctrica 

La constante dieléctrica es conocida como la permitividad relativa del material. Dado que la constante dieléctrica es sólo una relación de dos cantidades similares, esta relación se da entre la capacitancia del capacitor cuando se introduce el dieléctrico (ε) y cuando las placas se separan por el vacío (εo) es lo que da como resultado a la constante dieléctrica del material (k), como se demuestra en la fórmula:

Además, cuando se introduce un dieléctrico entre las placas del capacitor el dieléctrico se polariza, es decir, hay una redistribución de las cargas positivas y negativas dentro del material.

Conexión de capacitores en serie

Los capacitores si están en serie se suman de la siguiente manera:

Es importante señalar que, en una conexión de capacitores en serie:

La carga total de los capacitores es la misma que se distribuye en cada capacitor.

La diferencia de potencial total es la suma de cada diferencia de potencial de cada capacitor.

 Conexión de capacitores en paralelo

Si los capacitores se encuentran en paralelo, se suman de la siguiente manera:

Aquí también es importante señalar que, en una conexión en paralelo:

La carga total se obtiene sumando cada una de las cargas de los capacitores que están conectados.

Los capacitores tendrán la misma diferencia de potencial cada uno.

 Voltaje de operación 

La tensión entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para transportarla desde el punto A al punto B.

 Si bien, conocemos al voltaje como la diferencia de carga entre 2 puntos situados en cualquier circuito eléctrico que posea un flujo de energía, destacando que la simbología de este es una V también denominado como voltios. 

 De forma que, el voltaje de operación lo podemos definir como el voltaje o la cantidad de voltios que necesita una acción, circuito u operación para llevarse a cabo de manera satisfactoria.