Capacitores Condensadores
Conocidos también como condensadores son dispositivos electrónicos que permiten almacenar energía eléctrica. En un circuito pueden estar asociados en serie paralelo o mixto, tal como lo hacen las resistencias.
EstĂĄ formado por dos conductores, denominan placas, muy cercanos entre si. Entre ellas se coloca un dielĂŠctrico que permite aislar las placas entre si. La figura muestra un esquema de un capacitor de placas paralelas, aislado, en este caso, por aire. Existen otros dielĂŠctricos tales como vidrio, papel humedecido con parafina etc.
El Primer Capacitor La botella de Leyden es un dispositivo eléctrico realizado con una botella de vidrio que permite almacenar cargas eléctricas. Históricamente la botella de Leyden fue el primer tipo de condensador (eléctrico).
La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador. La varilla metálica y las hojas de estaño o aluminio conforman la armadura interna. La armadura externa está constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella actúa como un material dieléctrico (aislante) entre las dos capas del condensador. El nombre de condensador proviene de las ideas del siglo XIX sobre la naturaleza de la carga eléctrica que asimilaban ésta a un fluido que podía almacenarse tras su condensación en un dispositivo adecuado como la botella de Leyden.
DiseĂąo de un Capacitor Se pueden construir condensadores de gran capacitancia y poco volumen usando como armaduras hojas metĂĄlicas, separadas por un dielĂŠctrico (generalmente papel parafinado), y enrollado, tal como muestra la figura.
Simbologia de los capacitores Tal como acontece con los componentes de un circuito, los capacitores poseen su propia representaci贸n. Esta es la que indica la figura siguiente.
Capacitores Fijos Estos condensadores tienen una capacidad fija determinada por el fabricante y su valor no se puede modificar. Sus caracterĂsticas dependen principalmente del tipo de dielĂŠctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dielĂŠctrico usado.
Capacitores Variables Estos condensadores presentan una capacidad que podemos variar entre ciertos límites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre condensadores variables, su aplicación conlleva la variación con cierta frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y condensadores ajustables o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparación y puesta a punto). La variación de la capacidad se lleva a cabo mediante el desplazamiento mecánico entre las placas enfrentadas. La relación con que varían su capacidad respecto al ángulo de rotación viene determinada por la forma constructiva de las placas enfrentedas, obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que destacan la lineal, logarítmica y cuadrática corregida.
Capacitores Funcionamiento de un capacitor
Proceso de carga Se conecta el capacitor inicialmente descargado, a una baterĂa o fuente de poder, una placa al polo negativo y la otra al positivo, respetando la polaridad del capacitor y la baterĂa. (positivo con positivo y negativo con negativo).
En esta situación la batería extrae electrones desde una placa, la que finalmente adquiere una carga +Q , y los deposita en la otra que gana una carga –Q. El capacitor queda entonces con carga Q. Para ello se hace referencia al módulo de la carga que adquiere una de las placas.
+Q
-Q
La transferencia de carga va aumentando hasta un límite en el cual la diferencia de potencial entre las placas del capacitor se iguala con la que posee la batería. Esta condición es la que limita el almacenamiento de energía (carga eléctrica) en el capacitor.
ΔV (volt) +Q
-Q
ΔV (volt)
Si se cambia la fuente de poder por otra que posea más voltaje entre sus polos, entonces el capacitor junto con acumular más energía en forma de carga eléctrica, aumenta su voltaje terminal, de tal modo que el cuociente Q/V se mantiene constante. Este cuociente se denomina capacitancia y es característico de cada capacitor:
Q C= ΔV Si Q se mide en coulomb y V en volt, entonces C se mide en Faradios (F)
Una capacitancia igual a 1F = 1C/V es una unidad muy grande. Se acostumbra a usar submúltiplos como el microfaradio (F) = 110-6 F o picofaradio (pF) = 110-12 F
Se puede demostrar usando la ley de Gauss (contenido que escapa de los objetivos de este curso) que la capacitancia de un capacitor de placas paralelas es: : permitividad del espacio libre entre las placas (aire o vacĂo). Esta constante se relaciona con la constante de Coulomb a travĂŠs de 0 = 1/ 4 __K y por tanto posee un valor igual a 8,8510-12 C2/Nm2 0
Como la longitud “L” de las placas conductoras en comparación con la distancia “d” que las separa, es muchísimo mayor, dentro del capacitor se forma un campo electrostático uniforme.
Bajo estas condiciones el campo Posee un valor que depende del Voltaje entre las placas y la Separación entre las mismas, es decir:
ΔV0 E0 = d
Como se vio, la capacitancia de un capacitor depende del área de las placas y la separación entre ellas, pero también puede aumentarse si además entre las armaduras de él se coloca un dieléctrico o aislador. El dieléctrico se afecta por el campo eléctrico del capacitor, ocasionando que aquel se polarice, como indica la figura.
Tipos de Capacitores SegĂşn su nucleo
Condensadores Ceramicos Son los que tienen un mayor rango de valores de su constante dieléctrica, pudiendo llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vacío. Se basan en varias mezclas de óxido de titanio y zirconio, o bien en titanatos o zirconatos de calcio, bario, estroncio o magnesio, y atendiendo a esta variedad de compuestos, dan un rango amplísimo de constantes dieléctricas.
Condensadores de Poliester Todos los condensadores de película son no polarizados, es decir, no requieren marcar una patilla como positiva o negativa, siendo indiferente su conexión en el circuito. Son los preferidos en los circuitos de audio de calidad, siempre que el tamaño lo permita, por sus pocas pérdidas y distorsión reducida. Se pueden construir enrollando el conjunto placasdieléctrico, similar a un electrolítico, o bien apilando en capas sucesivas como un libro (stacked film-foil). Se emplean mayoritariamente como dieléctricos diferentes plásticos, como polipropileno (MKP), poliéster/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) o teflón. Pala las placas se utiliza mayoritariamente aluminio con un alto grado de pureza. Según el tipo de dieléctrico utilizado, para una misma capacidad y tensión de trabajo, se obtienen condensadores de distinto tamaño.
Condensadores de Poliester Todos los condensadores de película son no polarizados, es decir, no requieren marcar una patilla como positiva o negativa, siendo indiferente su conexión en el circuito. Son los preferidos en los circuitos de audio de calidad, siempre que el tamaño lo permita, por sus pocas pérdidas y distorsión reducida. Se pueden construir enrollando el conjunto placasdieléctrico, similar a un electrolítico, o bien apilando en capas sucesivas como un libro (stacked film-foil). Se emplean mayoritariamente como dieléctricos diferentes plásticos, como polipropileno (MKP), poliéster/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) o teflón. Pala las placas se utiliza mayoritariamente aluminio con un alto grado de pureza. Según el tipo de dieléctrico utilizado, para una misma capacidad y tensión de trabajo, se obtienen condensadores de distinto tamaño.