Capacidad eléctrica
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Capacidad eléctrica. Es la propiedad de los cuerpos conductores de acumular y mantener la carga eléctrica.
Sumario
Generalidades
La capacidad eléctrica, se designa con la letra C y se mide por la relación entre la carga del conductor independiente y su potencial.
La fórmula citada permite establecer la unidad de capacidad que es igual a la unidad de carga sobre la unidad de potencial.
Prácticamente la carga se mide en culombios, el potencial en voltios, y la capacidad en faradios.
La capacidad de 1 faradio la posee un conductor tal que al comunicarle una carga de 1 culombio, aumenta su potencial en 1 voltio.
La unidad de capacidad, faradio (se designa con F), es muy grande. Por lo que generalmente se emplean unidades más pequeñas: el microfaradio (μF), que es la millonésima parte del faradio:
y picofaradio (pF), que es la billonésima parte de 1 microfaradio:
La expresión de la unidad práctica, faradio, en unidades absolutas será:
Capacidad de un condensador eléctrico
Condensador eléctrico
El condensador eléctrico, también conocido como capacitor eléctrico es el dispositivo destinado para acumular cargas eléctricas.
El condensador consta de dos placas metálicas (armaduras) separadas por un dieléctrico. Para cargar un condensador es necesario conectar sus armaduras a los polos de una máquina eléctrica. Las cargas de signos contrarios, acumuladas en las armaduras del condensador están unidas por el campo eléctrico. Las placas del condensador colocadas una cerca de la otra, se influyen mutuamente, obteniéndose en estas una gran carga eléctrica, con una relativamente pequeña diferencia de potencial entre las armaduras.
La capacidad de un condensador es la relación entre la carga del condensador y la diferencia de potencial entre sus armaduras:
La capacidad de un condensador crece si, se aumenta la superficie de las armaduras o se acercan una a otra.
Sobre la capacidad del condensador influye también el material del dieléctrico. Cuanto mayor es la constante dieléctrica o permitividad tanto mayor es la capacidad del condensador, en comparación con la capacidad del condensador cuyo dieléctrico fuera el vacío (aire). Al elegir un dieléctrico hay que tratar de que este disponga de gran rigidez dieléctrica (buenas cualidades aislantes). Un mal dieléctrico conduce a una descarga disruptiva y el condensador se descargará. Un dieléctrico imperfecto dará lugar a la fuga de de la corriente eléctrica a través del mismo y a la descarga paulatina del condensador.
Las extensas líneas de transmisión de alta tensión se pueden considerar como armaduras peculiares de un condensador. Es necesario considerar la capacidad de un condensador no solo con respecto a otro conductor, sino también con respecto a la tierra, paredes de edificios y objetos circundantes. Los cables submarinos y subterráneos poseen una capacidad considerable por la disposición próxima de los conductores de corriente entre sí.
Tipos de condensadores
Los condensadores se clasifican atendiendo a su capacidad.
Condensadores de capacidad constante o fijos
Son aquellos, cuyas capacidades no pueden ser variadas. Los condensadores de capacidad constante más difundidos constan de hojas metálicas muy finas con una junta de papel parafinado o de mica entre éstas.
Para aumentar la capacidad (el área de las placas del condensador), se toman con frecuencia varias hojas y se unen en dos grupos que entran uno en otro, estando separados por un dieléctrico. A veces se toman también dos láminas largas, se coloca entre éstas y por fuera un papel parafinado y después todo eso se arrolla en un paquete compacto o en un tubo.
Los condensadores de gran capacidad se colocan, frecuentemente en una caja metálica y se llenan de parafina. La capacidad de un condensador plano se calcula por la siguiente expresión:
Donde
S: superficie de las placas en m2
d: espesor del dieléctrico en m
ε: constante dieléctrica (permitividad)
ε0: permitividad del vacio
Así es que para aumentar la capacidad de un condensador plano es necesario aumentar la superficie S de sus placas (armaduras), disminuir la distancia entre ellas y emplear, en calidad de dieléctrico, un material con mayor constante dieléctrica ().
Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el fabricante y su valor no se puede modificar. Sus características dependen principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico usado. De esta forma podemos distinguir los siguientes tipos:
- Cerámicos
- Plástico
- Mica
- Electrolíticos
- De doble capa eléctrica
Condensadores de capacidad variable
Son aquellos cuya capacidad se puede variar. El condensador de capacidad variable más sencillo consta de varias (raramente una) mitades de disco (semidiscos) de cobre o de aluminio, fijas y conectadas entre sí eléctricamente.
Otro grupo de semejantes mitades de discos está montado sobre un eje común. Al hacer girar el eje, cada una de las mitades de discos fijadas sobre este se inserta entre dos mitades inmóviles. Haciendo girar el eje y cambiando de tal modo la disposición mutua de las mitades móviles e inmóviles, podemos variar la capacidad del condensador.
Acoplamiento de condensadores
En los circuitos eléctricos en general se colocan más de un condensador, y esto da lugar a distinto tipo de acoplamiento o conexión de condensadores. Estos acoplamientos pueden ser serie y paralelo.
Acoplamiento o conexión serie de condensadores
El acoplamiento serie de condensadores se muestra a continuación:
Si la armadura izquierda del primer condensador está cargada positivamente (+), debido a la inducción electromagnética, la armadura derecha del mismo obtendrá la carga negativa (-), que se desplazó de la armadura izquierda del segundo condensador, la cual a su vez, quedará cargada positivamente, etc.
Esto significa que en caso de acoplamiento serie cada condensador recibirá la misma carga, independientemente de la magnitud de su capacidad, o sea:
La tensión aplicada a toda la batería de condensadores es igual a la suma de las tensiones en las armaduras de cada condensador: U=U1=U2=U3 Puesto que:
Por lo tanto:
Dividiendo por q obtenemos definitivamente:
De este modo cuando la conexión de condensadores es en serie, la magnitud inversa de la capacidad total es igual a la suma de las magnitudes inversas de la capacidad de cada uno de los condensadores. Cada condensador está conectado a una tensión menor que la de la red.
Acoplamiento o conexión paralelo de condensadores
Cuando la capacidad de los condensadores es pequeña, estos se conectan en paralelo:
Cuando los condensadores se conectan en paralelo, la tensión en las armaduras de cada uno de ellos es la misma. Por eso se puede escribir: U1=U2=U3=U La cantidad de electricidad (carga) de cada condensador será:
Por lo que la carga total de la batería de condensadores será:
Designando la capacidad de la batería de condensadores con C, obtenemos:
Por consiguiente cuando la conexión de condensadores es en paralelo, la capacidad total es igual a la suma de capacidades de cada uno de éstos. Es decir cada condensador resulta conectado a la tensión completa de la red.
Aplicaciones de los condensadores
Los condensadores se utilizan ampliamente en la radiotecnia, técnica de rayos X, electrotecnia industrial de alta frecuencia, para aumentar el factor de potencia de las instalaciones eléctricas, etc.
Se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos.
En los tendidos eléctricos se utilizan grandes capacitores 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.
Construcción de condensadores
Los condensadores o capacitores se fabrican en gran variedad de formas y de acuerdo a las necesidades. 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, resistentes a la humedad, polvo, aceite; con terminales para conector hembra y/o soldadura.
También existen los capacitores de Marcha o Mantenimiento los cuales están encapsulados en metal. Generalmente, todos los capacitores 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.
Véase también
Fuente
- Kuznetsov, M. Fundamentos de Electrotécnia. Primera Parte. Editorial Pueblo y Educación. Ciudad de la Habana, 1985.Pag 28-33.
- http://www.asifunciona.com
