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Electricidad. Fundamentos

Autor: J. Isabel Magallanes Sandoval
Curso:
8,80/10 (5 opiniones) |17734 alumnos|Fecha publicación: 20/01/2010
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Capítulo 13:

 Capacitancia

INTRODUCCION

Ya hemos estudiado las características de los circuitos eléctricos básicos construidos con dispositivos de resistencia eléctrica pura, ahora se conocerá la propiedad de otro componente llamadoCAPACITOR, cuya propiedad es conocida como CAPACITANCIA, La Capacitancia, como la Resistencia, aparece en toda clase de circuitos eléctricos y electrónicos. Sin ella, la radio y la televisión, tal como las conocemos hoy no existirían.

capacitancia DEFINICIÓN:La Capacitancia es la propiedad de un capacitor de oponerse a toda variación de la tensión en el circuito eléctrico. Usted recordará que la resistencia es la oposición al flujo de la corriente eléctrica. También se define, a la Capacitancia como una propiedad de almacenar carga eléctrica entre dos conductores, aislados el uno del otro, cuando existe una diferencia de potencial entre ellos,como se observa en la figura siguiente, las dos placas actúan como conductores, mientras que el aire actúa como un aislante:

Así como un Resistor está diseñado para tener Resistencia, el Capacitor está diseñado para tener Capacitancia; mientras que los resistores se oponen al flujo de la corriente, los capacitores se oponen a cualquier cambio en el Tensión eléctrica; el Capacitor más pequeño capaz de acumular carga eléctrica se construye de dos placas y un aislante de aire llamado dieléctrico.

constantes dielectricas

Los factores que determinan la Capacitancia de un Capacitor simple son: a) el área de la placas, b) la separación entre las placas y c) el material del dieléctrico; La Capacitancia es directamente proporcional al área de las placas y a la constante dieléctrica del material dieléctrico utilizado e inversamente proporcional a la distancia de separación de las placas, es decir: C = k A/ d = Faradios ; De ahí que si el área de las placas aumenta, con ello aumenta la Capacitancia; por el contrario, si la separación de las placas aumenta, disminuye la Capacitancia

De acuerdo a la fórmula C = k A / d, obtenemos el resultado en Faradios; si queremos el Resultado en Micro faradios (símbolo μf) entonces agregamos el factor de conversión 8.85 x 10 -" -y nuestrafórmula quedará así: C = 8.85xlO-8 A/d

Donde: C = Capacitancia en μf(Micro faradios)

A = Área de las placas, cm2

D = Distancia de separación de las placas, en cm.

En la práctica los capacitoressuelen tener más de una placa, y para calcular la Capacitancia semultiplica el resultado de la fórmula por el número de placas menos uno, es decir: N-l; por ejemplo, en un capacitor múltiple que contiene5 placas, N = 5, por lo tanto, N-l = 4 de acuerdo a la figura

medida de capacitancia

El material usado como estándar dieléctrico es el vacío cuyaconstante dieléctrica es igual a la unidad, es decir uno (1.0)

MEDIDAS DE CAPACITANCIA

Así como la unidad de medida de la tensión eléctrica es el Volt, etc., la unidad de medida de la Resistencia es el Ohm y la unidad de medida de la Capacitancia es el Faradio, Observe este cuadro:

capacitancia

Se dice que un capacitor tiene una Capacitancia de un Faradio cuando un voltio acumula en él una carga de un Coulomb; hay que recordar que un Coulomb equivale a una carga de 6.25 x 1018 electrones. La carga del Capacitor es producida por el movimiento de los electrones del circuito y se usa con la letra Q para designarla, y se mide en coulombs; la Carga depende de dos factores fundamentales:

a) la tensióna través del circuito y b) la Capacitancia en Faradios del Capacitor.

Esta relación se expresa con la siguiente ecuación: Q = C x E donde Q es la carga que adquiere el Capacitor, en Coulombs; C es la Capacitancia del Capacitor, en Faradios y E es la Tensión eléctrica a través del Capacitor, en voltios.

Los Capacitores en paralelo se manejan igual que los resistores en serie, mientras que los capacitores en serie se manejan igual que los resistores en paralelo. La razón de ello puede observarse en la siguiente figura: Elárea total de las placas es mucho mayor que la de un solo capacitor

conexión básica

CONEXIONES BÁSICAS CON CONCAPACITORES  

Así como losResistores se pueden conectar en serie y en paralelo, los capacitores algunas veces se conectan de la misma forma, sin embargo se manejan exactamente al contrario que los resistores: la Resistencia total de resistores en serie es igual a la suma de los valores de cada uno de los componentes, mientras que en los capacitores en paralelo se suman los valores decada uno de ellos

1.- Capacitancia Total en paralelo Ctp = C1 + C2 + C3; Ctp=5+ 10+ 15 = 30μf

2.- Capacitancia Total en Serie 1 /Cs = 1 / C1 + C2 / C3 = 1/15+1/15+1/15 = 0.0666 + 0.0666 + 0.0666  = 1 / 0.2 = 5μf

PROPIEDADES   DE   LOS  CAPACITORES

propiedades de los capacitoresPara  entender bien  la  teoría  básica  de  un  capacitor, supongamos que las dos placas que lo forman están colocadas dentro de una envoltura que mantiene el vacío como dieléctrico; así el área que rodea las placas estará libre de átomos. Por consiguiente, si a un capacitor se le conecta una batería, los electrones de la placa positiva serán atraídos por el polo positivo de la batería, mientras que el polo negativo de la batería repelerá los electrones de placa negativa; cuando los electrones libres de la placa positiva.

Son efectivamente transferidos a la placa negativa, se dice que el capacitor está totalmente cargado y la tensión almacenada es igual a la tensión aplicada, además de tener la misma polaridad que la fuente.

Cuando los capacitores se cargan permanecen cargados a menos que se los provea de una línea ó paso de descarga; cuando un capacitor descargado se conecta a una fuente de c.c., primero obra como si se tratara como un corto circuito, tan   pronto el capacitor se carga, el aparente flujo de corriente a  través del capacitor disminuye. Los capacitorespermiten el flujo de c.c. sólo por un corto tiempo, luego actúan como un  circuito abierto; sin embargo cuando se trata de

c.a., las placas cambian de polaridad tan rápidamente que bloquean la c.c. y sólo permiten el paso de c.a. Los capacitores de  alta calidad pueden  mantener una carga por largo periodo de tiempo; por consiguiente,   para   evitar   choques que pueden ser peligrosos, deben serdescargarlos: la mejor manera de hacerlo es colocar un destornillador entre sus terminales durante un minuto.

Teóricamente el material dieléctrico debería ser un aislante perfecto y no debería permitir flujo alguno de comente, sin embargo, no existe tal aislante perfecto, pues siempre hay un escape de corriente de la placa negativa hacia la placa positiva, a esta pequeña corriente se llama "corriente de fuga" ó corriente de escape; actualmente hay tres cosas que ocasionan pérdidas en el capacitor, a saber: a) corriente de fuga ó escape, b) pérdida por resistencia y c) pérdidas en el dieléctrico; las puntas y conexiones incluyendo las placas ofrecen cierta resistencia ¡resistencia interna) a la comente, a ésta pérdida de potencia se le llama : pérdida por resistencia; las pérdidas en el dieléctrico se deben a la fricción molecular dentro del material dieléctrico y algunas veces se le llama histéresis dieléctrica, esta pérdida de potencia ocurre cuando parte de la energía utilizada para cargar el capacitor se disipa en forma de calor debido a la fricción molecular. La cantidad de potencia que se pierde en el dieléctrico debido a la fricción molecular aumenta al aumentar la frecuencia de c.a., y a la inversa, disminuye al disminuir la frecuencia.

Uno de los problemas que ocurren con los dieléctricos es que cada uno de ellos, a cierto voltaje, deja pasar electricidad; dicho voltaje se llama " tensión de ruptura". Si en un capacitor ocurre un arco eléctrico entre sus placas cuando tiene una carga de 600 voltios, se dice que tiene una tensión de tensión de ruptura de 600 voltios. Algunos materiales dieléctricos, todos los de estado sólido, quedan definitivamente dañados después de soportar tensiones de rupturala tensión de ruptura, el capacitordebe ser reemplazado, puesto que el arco eléctrico perfora el dieléctrico; mientras que los capacitores con dieléctrico en estado líquido ó aire raramente sufren daños permanentes, puesto que el dieléctrico se repara por sí mismo después de que se suspende el arco eléctrico; el siguiente cuadro muestra algunos materiales dieléctricos con sus tensiones de ruptura

Los capacitores vienen normalmente especificados según la tensión que se les puede aplicar sin peligro de ruptura; por consiguiente, para escogerlo es necesario conocer su capacitancia tanto como elvoltaje del circuito donde se lo va a usar; un capacitor típico de papel, especificado como de 0.1 µf a 600 WVDC (Working Volts D.C.) (voltaje de trabajo de corriente directa)está diseñado para operar a 600 voltios c.c. Se clasifican de dos tipos: fijos y variables.

hojas enrolladasLos capacitores de papel usan cierto tipo de papel encerado como dieléctrico y vienen desde 0.0005 µfhasta 16 µf, con un voltaje promedio de 1600 WVDC; sin embargo se usan comúnmente en circuitos de menos de 600 voltios. Su construcción es como se muestra en la figura; Los capacitores de mica se fabrican con capas de papel de estaño separadas por un dieléctrico de mica; con capacitancias de 2µµf (pico faradios), construidos con papel de estaño y dieléctrico de mica y las hojas no están enrolladas;

Toleran hasta 500 WVDC. Los capacitores de aceite dieléctrico resisten tensiones de hasta 6,000 WVDC. Los de cerámica se fabrican depositando una película metálica sobre las superficies interna y externa de un tubo de cerámica y se construyen desde 1 hasta 10,000 pf (μμf) para tensiones hasta de 30,000 voltios. Los capacitores de alta capacitancia tales como los que se usan en las fuentes de alimentación, usualmente son del tipo llamado "Electrolítico" cuya característica es que son de tamaño pequeño y se construyen de dos tipos, a saber: húmedo yseco, el primero requiere de cuidados especiales para que no se derrame su líquido por ello es de mayor uso el tipo seco

Capítulo siguiente - Reactancia capacitiva

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