El campo eléctrico

Existe una fuerza de atracción o
repulsión entre dos cuerpos cargados. Considerando el
campo eléctrico que existe en la zona que rodea a
cualquier cuerpo cargado. Ese campo eléctrico se
representa por medio de líneas de flujo eléctrico,
que se dibujan para indicar la intensidad del campo
eléctrico, que se dibujan para indicar la intensidad del
campo eléctrico en cualquier punto en torno al cuerpo
cargado; o sea, cuanto más densas sean las líneas
de flujo, tanto más intenso será el campo
eléctrico. En la figura 1.1, el campo eléctrico es
más intenso en la posición a que en la b, porque
las líneas de flujo son más densas en a que en b.
El símbolo para el flujo eléctrico es la letra
griega (psi). El flujo por unidad de superficie (densidad de
flujo) se representa mediante la letra D y se determina por medio
de

Cuanto mayor sea la carga Q en coulombs,
tanto mayor será el número de líneas de
flujo que salen o llegan por unidad de área,
independientemente del medio circundante. El doble de la carga
producirá dos veces el flujo por unidad de área;
por ende, se pueden igualar las dos cosas como sigue:

(coulombs, C)

Por definición, la intensidad del
campo eléctrico en un punto es la fuerza que actúa
en ese punto sobre una carga positiva unitaria, o sea,

(Newtons/coulombs, N/C)

La fuerza ejercida sobre una carga positiva
unitaria (Q2=1) por una carga Q1, situada a una distancia r
metros, se determina mediante la ley de Coulomb:

KQ1Q2 KQ1(1) KQ1

F= = = (k=9X109)

r2 r2 r2

Sustituyendo esta fuerza F en la
ecuación (3), se tiene:

F KQ1/r2

= =

Q2 1

KQ1

= (N/C)

r2

Por ende, podemos llegar a la
conclusión de que la intensidad del campo eléctrico
en cualquier punto situado a una distancia r de una carga puntual
de Q coulombs es directamente proporcional a la magnitud de la
carga, e inversamente proporcional a la distancia al cuadrado a
que se encuentra la carga. El término al cuadrado en el
denominador da como resultado una rápida
disminución de la intensidad del campo eléctrico
con la distancia del punto de la carga. Al sustituir las
distancias R1 y R2 en la ecuación (4), verificaremos
nuestra conclusión anterior de que la intensidad del campo
eléctrico es mayor en a que en b.

Las líneas de flujo se extienden
siempre de un cuerpo con carga positiva a otro con carga
negativa, se originan o terminan perpendicularmente a la
superficie cargada y nunca se intersecan. Para dos cargas de
polaridad similares u opuestas, la distribución de flujos
aparecerá como se muestra en la figura (2).

Se puede explicar ya la atracción y
la repulsión entre cargas, en términos del campo
eléctrico y sus líneas de flujo. En la figura (2a),
las líneas de flujo no están entrelazadas, sino que
tienden a actuar como amortiguadores, evitando la
atracción y provocando repulsión. Puesto que la
intensidad del campo eléctrico es mayor (líneas de
flujo más densas) para cada carga, cuanto más nos
esforcemos en acercar las dos cargas, una a la otra, tanto
más fuerte será la repulsión entre ellas. En
la figura (2b), las líneas de flujo que se extienden de la
carga positiva terminan en la carga negativa. Una ley
básica de física establece que las líneas de
flujo eléctrico tienden a ser siempre tan cortas como sea
posible; por ende, las dos cargas se verán atraídas
una hacia la otra También en este caso, cuanto más
cercanas se encuentren las cargas, tanto mayor será la
atracción entre ellas, debido al aumento de las
intensidades de los campos.

CONCEPTO Y
CARACTERÍSTICAS DE LOS CAPACITORES

Nos movemos lentamente de los temas
fundamentales hacia los temas de importancia práctica. Las
leyes de la naturaleza y los desarrollos abstractos que hemos
manejado hasta ahora nos van a servir para interpretar algunas
situaciones que se presentan con ingenios o aparatos de utilidad
práctica. De hecho, el invento de estos aparatos es una
aplicación de los principios fundamentales para la
consecución de un fin práctico. Debe notarse que,
conforme nos adentramos en las cuestiones prácticas, nos
alejamos de la escala atómica y nos acercamos a la escala
humana. Esto no debe sorprendernos: es lógico esperar que
los inventos humanos estén en la escala de lo humano… En
fin, empezaremos este camino de la aplicación de los
conceptos básicos a cuestiones prácticas con el
estudio de los capacitores.

Ahora bien, se llama capacitor a un
dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor
está formado por dos conductores próximos uno a
otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar
cargados con el mismo valor, pero con signos
contrarios.

En su forma más sencilla, un
capacitor está formado por dos placas metálicas o
armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas,
separadas por una lámina no conductora o
dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador,
ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la
otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada
negativamente (Q-) y la otra positivamente (Q+) 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.

Los capacitores pueden conducir corriente
continua durante sólo un instante (por lo cual podemos
decir que los capacitores, para las señales continuas, es
como un cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en
circuitos de corriente alterna.

Es por esta propiedad lo convierte en
dispositivos muy útiles cuando se debe impedir que la
corriente continua entre a determinada parte de un circuito
eléctrico, pero si queremos que pase la
alterna.

Los capacitores se utilizan junto con las
bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros
equipos electrónicos. Además, en los tendidos
eléctricos se utilizan grandes capacitores para producir
resonancia eléctrica en el cable y permitir la
transmisión de más potencia, así como en
:

VENTILADORES

MOTORES DE AIRE ACONDICIONADO

ILUMINACIÓN

REFRIGERACIÓN,

COMPRESORES

BOMBAS DE AGUA

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

Los capacitores se fabrican en gran
variedad de formas y se pueden mandar a hacer de acuerdo a las
necesidades de cada uno. 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:

PLÁSTICO.

MICA.

ELECTROLÍTICOS.

DE DOBLE CAPA ELÉCTRICA

El papel y 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.

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.

Para un capacitor se define su capacidad
como la razón de la carga que posee uno de los conductores
a la diferencia de potencial entre ambos, es decir, la capacidad
es proporcional al la carga e inversamente proporcional a la
diferencia de potencial: C = Q / V, medida en Farad
(F).

La diferencia de potencial entre estas
placas es igual a: V = E * d ya que depende de la
intensidad de campo eléctrico y la distancia que separa
las placas. También: V =q / e * d, siendo q
carga por unidad de superficie y d la diferencia entre ellas.
Para un capacitor de placas paralelas de superficie S por
placa, el valor de la carga en cada una de ellas es q * S
y la capacidad del dispositivo:

1C = q * S / (q * d / ð ) = ð
* S / d

Siendo d la separación entre
las placas.

La energía acumulada en un capacitor
será igual al trabajo realizado para transportar las
cargas de una placa a la otra venciendo la diferencia de
potencial existente ellas:

ð W = V * ð q = (q / C) *
ð q

La energía electrostática
almacenada en el capacitor será igual a la suma de todos
estos trabajos desde el momento en que la carga es igual a cero
hasta llegar a un valor dado de la misma, al que llamaremos
Q.

W = V * dq = ( 1 / C) * ( q * dq) = 1
/ 2 (Q2 / C)

Si ponemos la carga en función de la
tensión y capacidad, la expresión de la
energía almacenada en un capacitor será: W = 1/2
* C * V2 medida en unidades de trabajo.

Dependiendo de superficie o área de
las placas su fórmula de capacidad es:

C = ð * A / 4ð d, donde
ð es la constante dieléctrica.

UN CAPACITOR
IDEAL

Vamos a suponer que construimos un aparato
que consiste de dos placas metálicas paralelas conectadas
mediante cables a una fuente electromotriz. La fuente
electromotriz será, por el momento, un misterioso aparato
cuya función es la de llevar cargas eléctricas
desde un punto de potencial bajo hasta un punto de potencial
alto. Nótese que, para hacer esto, la fuente electromotriz
debe invertir energía, toda vez que su acción se
opone a la tendencia natural de las cargas de ir de un punto de
alto potencial a un punto de bajo potencial. Más adelante
veremos la naturaleza de estas fuentes electromotrices, por ahora
baste señalar que una pila es una fuente electromotriz.
Así que para fines de la discusión que sigue,
pensemos en la fuente electromotriz como una pila.

Nuestro aparato consiste de dos placas
metálicas paralelas. Acabaremos por colocar carga
eléctrica sobre estas placas. Vamos a suponer que la carga
sobre una placa es de la misma magnitud a la de la otra placa
pero de signo opuesto: tenemos una situación que hemos
estudiado previamente. Sabemos que si las placas fueran
infinitas, el campo eléctrico en la región
intermedia sería uniforme, y sería cero fuera de
esa región. Sin embargo las placas de nuestro aparato no
son infinitas, así que ¿cómo es el campo
eléctrico en este caso? Hemos visto que resulta
conveniente aproximar la situación real por una
situación idealizada, y que, en ocasiones, la
aproximación es prácticamente indistinguible de la
solución exacta, así que ajustaremos las
condiciones reales de nuestro aparato para que la
aproximación sea buena. Nos interesan las placas infinitas
porque el campo que producen es uniforme. Una placa de
dimensiones finitas parece infinita si la vemos desde un punto
localizado muy cerca de ella. Así que para que el campo
eléctrico producido por las placas sea uniforme, como el
producido por placas infinitas, debemos limitarnos a regiones muy
cercanas a la placa. ¿Qué tan pequeña es
esta región? Una manera de medirla es considerar que la
distancia entre las placas (que determina la región donde
el campo eléctrico es uniforme) sea mucho más
pequeña que la propia placa, como se ve en la figura
1.

Figura 1. Un capacitor de placas paralelas.
En este ejemplo, las placas son cuadradas y tienen lado
a. La separación entre las placas es d.
Para que el campo sea aproximadamente uniforme entre las placas
a>>d.

Lo que tenemos que hacer para construir
nuestro aparato es conseguir placas grandes (por ejemplo, placas
cuadradas de lado a) y separarlas una distancia
pequeña, d. El campo eléctrico entre las
placas será uniforme si
a>>d.

Sólo nos falta describir los cables
con los que conectamos las placas a la fuente electromotriz.
Vamos a suponer que estos cables son conductores ideales, es
decir, las cargas viajan a través de ellos sin perder
energía. Como no se realiza trabajo, el potencial es el
mismo en todos los puntos del alambre.

Lo que acabamos de construir es un circuito
eléctrico con un capacitor ideal. En la figura 2 se
muestra una representación esquemática del
circuito.

Figura 2. Un circuito eléctrico con
una fuente electromotriz y un capacitor.

TIPOS DE
CAPACITORES

CAPACITORES FIJOS

Estos capacitores tienen una capacidad fija
determinada por él 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

Capacitores
cerámicos

El dieléctrico utilizado por estos
capacitores es la cerámica, siendo el material más
usado en el dióxido de titanio. Este material confiere al
condensador grandes inestabilidades por lo que en base al
material se pueden diferenciar en 2 grupos:

Grupo I:

Caracterizados por una alta estabilidad,
con un coeficiente de temperatura bien definido y casi
constante.

Grupo 2:

Su coeficiente de temperatura no
ésta prácticamente definido y además de
presentar características no lineales, su capacidad
varía considerablemente con la temperatura, la
tensión y el tiempo de funcionamiento. Se caracterizan por
su elevada permisividad.

Las altas constantes dieléctricas
características de las cerámicas permiten amplias
posibilidades de diseño mecánico y
eléctrico.

Capacitores de
plástico

Estos capacitores se caracterizan por las
altas resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas de
funcionamiento y según el proceso de fabricación
podemos diferenciar entre los tipos K y tipo MK, que se
distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer
caso y metal vaporizado en el segundo).

Según el dieléctrico usado se
pueden distinguir estos tipos comerciales:

KS: Styroflex, constituidos por
láminas de metal y poliestireno como
dieléctrico.

KP: formados por láminas de
metal y dieléctrico de polipropileno.

MKP: dieléctrico de
polipropileno y armaduras de metal vaporizado.

MKY: dieléctrico de
polipropileno de gran calidad y laminas de metal
vaporizado.

MKT: láminas de metal
vaporizado y dieléctrico de teraftalato de polietileno
(poliéster).

MKC: Makrofol, metal vaporizado para
las armaduras y policarbonato para el
dieléctrico.

A nivel orientativo estas pueden ser las
características típicas de los capacitores de
plástico:

Capacitores de mica.

El dieléctrico utilizado en este
tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y
se caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de
frecuencias y alta estabilidad con la temperatura y el
tiempo.

Capacitores
electrolíticos

En estos capacitores una de las armaduras
es de metal mientras que la otra está constituida por un
conductor iónico o electrolito. Presentan unos altos
valores capacitivos en relación al tamaño y en la
mayoría de los casos aparecen polarizados.

Podemos distinguir dos tipos:

• Electrolíticos de aluminio : la
  armadura metálica es de aluminio y el electrolito de
  tetraborato armónico.

• Electrolítico de tántalo:
  el dieléctrico está constituido por
  óxido de tántalo y nos encontramos con mayores
  valores capacitivos que los anteriores para un mismo
  tamaño. Por otra parte las tensiones nominales que
  soportan son menores que los de aluminio y su costo es algo
  más elevado.

Capacitores de doble capa
eléctrica.

Estos capacitores también se conocen
como supercapacitores o CAEV debido a la gran capacidad que
tienen por unidad de volumen. Se diferencian de los capacitores
convencionales en que no usan dieléctrico por lo que son
muy delgados. Las características eléctricas
más significativas desde el punto de su aplicación
como fuente acumulada de energía son: altos valores
capacitivos para reducidos tamaños, corriente de fugas muy
baja, alta resistencia serie, y pequeños valores de
tensión.

CAPACITORES VARIABLES

Estos capacitores presentan una capacidad
que podemos variar entre ciertos límites. Igual que pasa
con las resistencias podemos distinguir entre capacitores
variables, su aplicación conlleva la variación con
cierta frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y capacitores
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 enfrentadas,
obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que
destacan la lineal, logarítmica y cuadrática
corregida.

IDENTIFICACIÓN DE
VARIABLES

Vamos a disponer de un código de
colores, cuya lectura varía según el tipo de
condensador, y un código de marcas, particularizado en los
mismos. Primero determinaremos el tipo de condensador (fijo o
variable) y el tipo concreto dentro de estos.

Las principales características que
nos vamos a encontrar en los capacitores van a ser la capacidad
nominal, tolerancia, tensión y coeficiente de temperatura,
aunque dependiendo de cada tipo de traerán unas
características u otras.

En cuanto a las letras para la tolerancia y
la correspondencia número – color del código de
colores, son lo mismo que para resistencias. Debemos destacar que
la fuente más fiable a la hora de la identificación
son las características que nos proporciona el
fabricante.

Estos capacitores siempre indican la
capacidad en microfaradio y la máxima tensión de
trabajo en voltios. Dependiendo del fabricante también
puede venir indicados otros parámetros como la temperatura
y la máxima frecuencia a la que pueden trabajar. Tenemos
que poner especial atención en la identificación de
la polaridad. Las formas más usuales de indicación
por parte de los fabricantes son las siguientes:

Capa citores de tantalio

Actualmente estos capacitores no usan el
código de colores (los más antiguos, sí);
con el código de marcas la capacidad se indica en
microfaradios y la máxima tensión de trabajo en
voltios. La terminal positiva se indica con el signo
+.

CAPACITANCIA

Este efecto de capacitancia de por ejemplo
si dos placas paralelas de un material conductor, separadas por
un hueco de aire, se han conectado a una batería mediante
un interruptor t un resistor. Si las placas paralelas
están inicialmente descargadas y se deja el interruptor
abierto, no existirá ninguna carga positiva ni negativa
neta en ninguna de las placas; sin embargo , en el momento en que
se cierre el interruptor , se atraeran electrones a través
del conductor superior y por el resistor a la terminal positiva
de la bateria. Esta acción crea una carga positiva neta en
la placa superior. La terminal negativa repele electrones por el
conductor inferior a la placa inferior y al mismo tiempo, la
placa superior atrae esos electrones. Esta transferencia de
electrones continua hasta que la diferencia de potencial a
través de las placas paralelas es exactamente igual a la
fuerza electromotriz de la batería. El resultado final es
una carga positiva neta en la placa superior y una carga negativa
en la inferior.

El capacitor, construido simplemente con
dos placas conductoras paralelas separadas por un material
aislante, tiene una medida que la: capacitancia. Es una medida de
la eficiencia de un capacitor para almacenar carga en sus placas.
Un capacitor tiene una capacidad de un farad si se deposita en
las placas una carga de un coulomb mediante una difencia de
potencial de un volt entre las placas. Si se expresa en forma de
ecuación, la capacitancia se determinara por medio de
:

C = Q / V

C = farads.

Q = coulombs

V = volts

Si se aplica una diferencia de potencial de
V volts a las dos placas, separadas por un a distancia (d), la
intensidad del campo eléctrico entre las placas se
determinaran por medio de:

= V / d (volts / metro)

La capa de la carga positiva en una
superficie y la carga negativa de la otra no se neutralizan, da
como resultado el establecimiento de un campo eléctrico en
el interior del aislador. El campo eléctrico neto entre
las placas se reducira debido a la inserción del campo
eléctrico. La función del dieléctrico es
crear un campo eléctrico que se oponga al establecimiento
por cargas libres en las placas paralelas. Por esta razón
el material aislante se le denomina
dieléctrico.

La razón de la densidad de flujo a
la intensidad del campo eléctrico en el dieléctrico
se denomina permitividad del dieléctrico:

= D / (farads / metro)

Para el vació, el valor de es de
8.85 x 10 -12 F/m. La razón de la permitividad de
cualquier dieléctrico a la del vació se denomina
permitividad relativa r .

En forma de ecuación:

r = / 0

Por consiguiente, el valor de para
cualquier material es:

= r 0

Tabla de permitividad relativa de varios
dieléctricos

Dieléctrico r(Valores
promedios)

Vació 1.0006

Aire 1.0

Teflón 2.0

Papel parafinado 2.5

Caucho 3.0

Aceite de transformador 4.0

Mica 5.0

Porcelana 6.0

Baquelita 7.0

Vidrio 7.5

Agua 80.00

Títanio de bario y
estroncio(ceramica) 7 5000.0

El área de las es otro factor a
considerar, puesto que las placas grandes presentan mayor
área para la distribución de los electrones que las
placas pequeñas, el aumento de estas aumentara la carga a
igualdad de tensión y por consiguiente aumentara la
capacidad. En forma de ecuación que daría de la
siguiente manera:

A = (C d) / r

A = área en metros
cuadrados.

d = distancia entre las placas en
metros.

r = La constante
dieléctrica.

C = capacitancia.

LEYES Y
PROPIEDADES DE LA CAPACIDAD

Las propiedades de inductancia y de
capacidad se pueden comparar a la inercia. Cuando se aplica
inicialmente una tensión entre los extremos de una bobina,
la inductancia de ésta se opone a la iniciación de
la corriente; si desaparece la tensión en la bobina, la
inductancia se opone a la disminución de la corriente.
Esto constituye una especie de inercia
eléctrica.

Cuando se aplica una tensión entre
las terminales o placas de un condensador, éste no
presentará inicialmente en la práctica resistencia
alguna, lo que permite que se establezca una corriente de gran
intensidad. En efecto, el condensador se opone a la
tensión productora de la corriente. Por otra parte, cuando
se suprime la tensión aplicada al condensador, la
corriente tenderá a mantener aquella tensión. Por
consiguiente, el efecto inductivo se opone al corriente mientras
el efecto capasitivo se opone a la tensión. También
esto es una clase de inercia.

FACTORES QUE
AFECTAN A LA CAPACIDAD

La capacidad de un condensador depende del
tipo de dieléctrico, el área de las placas y la
distancia entre ellas.

Dieléctrico.

El medio que separa las placas de un
condensador se llama dielectrico, y esta constituido por un
material no cnductor. El aire mismo es un dielectrico, y muchos
condensadores empleados en aplicaciones electrónicas son
de la variedad de dielectrico de aire. Diferentes dielectricos
producen diferentes capacidades. Por ejemplo, un condensador
acusara un mercado aumento de capacidad si su dielectrico es mica
en vez de aire. La aptitud del material dieléctrico para
aumentar la capacidad se llama constante dilectrica, rigidez.
Cuando la constante dielectrica es mayor , la capacidad
aumenta.

Como las estructuras de los atomos difieren
de un material a otro, la naturaleza del dieléctrico es un
factor importante en la determinación de su capacidad. En
la mayoria de tablas d constantes dielectricas , k, al aire se le
asigna una constante de 1 y a otros materiales se les asigna un
valor que corresponde al factor por el que multiplican la
capacidad cuando substituyen al aire. Por ejemplo, la mica tiene
una constante dielectrica de 5,5 ya que aumenta en 5,5 veces la
capacidad cuando substituye al aire, mientras el oxido de
aluminio tiene una k de 10 por que es 10 veces mayor que la del
aire.

La tensión hasta la cual se puede
cargar un condensador con seguridad sin que se rompa o perfore el
dielectrico afecta tambien a la rigidez dielectrica . Se le suele
denominar tensión continua de trabajo , y varia con la
rigidez dielectrica del material.

Distancia.

El dieléctrico se opone al
establecimiento de las lineas electroestáticas de fuerza
entre placas. La carga de un condensador implica un trabajo a
causa de que el dielectrico se opone a que se establezcan estas
lineas, o el desplazamiento del campo electrico normal dentro del
dielectrico. La energía de la fuente se carga es
almacenada com energia electroestática en el dielectrico y
es devulta al circuito cuando se descarga el condensador. Sin
embargo, como es necesaria un fuerzapara deformar las orbitas de
los electrones en el dielectrico , la reducción del
espesor del dielectrico del dielectrico da por resultado una
reducción de la oposición al flujo
electroestático. Por consiguiente, si la separación
entre las placas se reduce empleando un dielectrico mas delgado,
el resultado sera un aumento de la capacidad del
condensador.

Area de las placas.

Puesto que las placas grandes presentan
mayor area para la distribución de los electrones que las
placas pequeñas , el aumento del area de la placas
aumentara la carga a igualdad de tensión y por
consiguiente aumentara la capacidad. Por la definición de
capacidad resulta evidente que el numero de electrones que fluyen
de una a otra placa sera directamente proporcional al área
de la placa. La capacidad de un condensador es pues directamente
proporcional al área activa de sus placas y a mayor area ,
mayor capacidad.

Tambien aumenta la capacidad del
condensador cuando la distancia entre sus placas es menor, pero
entonces la tensión que puede soportar el condensador, es
decir, la tensión de trabajo es menor. Esto se puede
compensar aumentando el area de las placas, pero la solucion para
conciliar estas dos condiciones contradictorias es el empleo de
un dielectrico de mayor rigidez. Recientemente se han descubierto
algunos titanatos ( combinaciones de titanio con otros elementos
) cuya constante dielectrica es mayor de 100. Los condensadores
en que se emplea este tipo de material dielectrico tiene muchas
aplicacione en electronica cuando hay que economizar.

RIGIDEZ DIELECTRICA.

Para cada dielectrico, hay un potecial que
si se le aplica, romperia los enlaces en el interior del aislante
y haria que circulara la corriente. La tensión necesaria
por unidad de longitud ( intensidad del campo electrico ) para
provocar la conducción en un material dielectrico es una
indicación de su rigidez dielectrica y se denomina
tensión de roptura. Cuando se produce , el capacitor tiene
características muy similares a la de un resistor. Un
ejemplo tipico de ruptura es el de los rayos, que se producen
cuando el potencial entre las nubes y la tierra es tan alto que
puede pasar una carga de unas a las otras a través de la
atmosfera, que actuan como dielectrico.

Las fuerzas dielectricas promedio para
varios dielectricos se tabulan en volts/mil in.

Fuerza
dieléctrica

(valor promedio),en

Dieléctrico
volts/mil

Aire 75 (1.0006)

Titanito de bario y estroncio

(cerámica) 75

Porcelana 200

Aceite de transformador 400

Baquelita 400

Caucho 700

Papel parafinado 1300

Teflón 1500

Vidrio 3000

Mica 5000

PERDIDAS CAPACITIVAS

Teóricamente se podría
utilizar cualquier material aislante como dieléctrico en
un condensador, pero hay otros factores qe intervienen en las
pérdidas del condensador, por lo que la elección
del material dieléctrico es una consideración
importante.

Fuga. Si la resistencia de
aislamiento del material dieléctrico es baja,
,habrá fuga entre las placas a través del
dieléctrico. Esto no sólo reduce la carga en el
condensador sino que también produce un efecto
térmico desfavorable en el dieléctrico.

Histéresis
dieléctrico. Cuando se carga un condensador, el
dieléctrico está sometido a fuerzas internas. Los
electrones orbitales del material son atraídos por la
placa positiva. Aunque estos electrones no suelen salir de sus
órbitas, su movimiento resulta perturbado. Cuando se
descarga un condensador, la energía consumida en el
retorno de estos electrones a sus orbitas normales se llama
pérdida de histéresis. Aunque no es muy
acusada en aplicaciones de c.c., la histéresis
dieléctrico constituye un factor limitador en aplicaciones
de alta frecuencia. Las pérdidas del condensador equivalen
a una resistencia que retarda la carga y la descarga.

CORRIENTE DE FUGA

Se sabe que el flujo de electrones se
producirá en un dieléctrico sólo cuando se
alcance la tensión de ruptura. Este es el caso ideal. En
realidad, hay electrones libres en cada dieléctrico, los
cuales se deben, en parte, a impurezas en el dieléctrico y
a fuerzas existentes en el interior del mismo
material.

Cuando se aplica una tensión a las
placas de un capacitor, fluye de una placa a otra una corriente
de fuga debida a los electrones libres; sin embargo, la corriente
suele ser tan pequeña que se puede despreciar para la
mayoría de las aplicaciones prácticas. Este efecto
se representa por medio de un resistor en paralelo con el
capacitor, como se muestra en la figura. Su valor suele ser del
orden de 1000 megaohms; empero, hay algunos capacitores, como los
del tipo eléctrico, que tienen altas corrientes de fuga.
Cuando se cargan y luego se desconectan del circuito de carga,
esos capacitores pierden su carga con mucha rapidez debido al
flujo de carga corriente de fuga de una placa a la otra (figura
9.8b).

CARGA Y DESCARGA DE UN
CAPACITOR

Cuando al condensador le aplicamos una
diferencia de potencial este se carga, ya que al no estar las dos
placas metálicas unidas entre si directamente, sino por
medio de una batería o pila, cada una de las placas se
cargará con electricidad positiva o negativa, ya que una
de las placas cederá electrones para que la otra los
gane.

*Carga de¡
condensador.

Las armaduras de un condensador cuando se
conectan a los polos de un generador de cc, adquieren cargas
iguales y de signo contrario, diciéndose entonces que el
condensador esta cargado. La carga se debe a un flujo de
electrones que va hacía una de las placas desde la otra,
dando por resultado una placa con carga negativa y otra con carga
positiva. Este proceso no es instantáneo sino que se va
realizando paulatinamente, dependiendo la mayor o menor rapidez
de¡ mismo de la capacidad del condensador y de la
resistencia del circuito.

*Descarga del
condensador.

Se lleva a cabo cuando un flujo de
electrones desde la placa de un condensador con cargo negativa va
hacia la placa con carga positiva, eliminando así las
cargas en las placas.

Normalmente en un circuito, los
condensadores se cargarán y se descargarán a
través de resistencias. La carga y descarga de un
condensador a través de resistencias se produce
según una constante de tiempo y dependiendo de la
resistencia y de corriente que le administremos según la
fórmula T = R – C.

Siendo T el tiempo en segundos, R el valor
de la resistencia en Ohmios y C el valor del condensador en
Faradios.

En una constante de tiempo el condensador
se carga aproximadamente un 63%, en la segunda constante de
tiempo se carga otro 63% y así sucesivamente, se considera
que el condensador está totalmente cargado en 5 constantes
de tiempo. El proceso de descarga es similar al de
carga.

Las corrientes de carga y descarga de un
condensador comienzan con un valor máximo y van declinando
a cero a medida que el condensador se carga del todo o se
descarga. En el caso del condensador en carga, las placas
descargadas ofrecen poca oposición a la corriente de carga
al principio, pero a medida que se van cargando ofrecen
más y mas oposición. Reduciendo el flujo de
corriente.

Del mismo modo, la corriente de descarga es
grande al iniciarse la descarga porque la tensión del
condensador cargado es alta, pero a medida que se produce la
descarga, la tensión del condensador cae, dando como
resultado un flujo de corriente menor.

Debido a que las corrientes de carga y
descarga son más grandes en la iniciación de la
carga y de la descarga del condensador, el promedio de corriente
es mas alto si la polaridad se invierte rápidamente
manteniendo la circulación de la corriente en valores
altos.

EFECTO DE LA
CAPACIDAD EN CIRCUITOS DE C.C.

La resistencia esta intercalada en el
circuito con el fin de que la carga no sea muy rápida y se
supone que es del valor conveniente.

La corriente de carga es máxima en
el instante en el que se cierra el interruptor por que el numero
de electrones que salen de una placa y se desplazan hasta la otra
sera máximo. En el instante en que comienza la corriente ,
no hay tensión entre las placas del condensador a causa de
que la tensión de la bateria sera la misma que exista
entre los extremos del resistor. Por consiguiente, la corriente
inicial es igual a la tensión en la bateria dividida por
la resistencia de R

Asi, en el instante inicial o tiempo cero,
o sea cuando se cierra el interruptor , habra la máxima
coriente y la tensión será nula entre las placas
del condensador.

La corriente empieza inmediatamente a
cargar el condensador y entre las placas de este aparecera una
pequeña tensión que sera proporcional a su carga.
Como esta tensión se opone a la de la batería, se
restara de ésta. Además, ahora el condensador
contiene alguna cantidad de carga, la corriente se
reducirá. Así después de cerrar el
interruptor la corriente , desminuirá y la tensión
entre las placas de C aumentará. Cuando C este
completamente cargado la tensión que habrá entre
las placas sera igual a la de la batria. En este instante no
habra corriente en el circuito, la tensión entre los
extremos del resistor será nula y la corriente que deja
pasar el condensador sera cero.

El amperio será definido como
cantidad o intensidad de corriente que transporta un colombio de
electrones por segundo, o

I=Q/t

Donde: I = corriente,
amperios

Q = carga, colombios

t = tiempo, segundos

Si la tensión entre las placas del
condensador es igual a E/ t siendo E la tensión entre las
placas del condensador y t el tiempo en segundos.

Como:

C = Q/E

La corriente en amperios se calcula
por

I= CE /t