CAPACITANCIA Y MATERIALES DIELÉCTRICOS
Por: Rubén Rodolfo Pérez Oliva
CAPACITANCIA
DEFINICIÓN DE CAPACITANCIA
Cuando un paciente recibe una descarga desde un desfibrilador, la energía que recibe el paciente estaba inicialmente almacenada en un capacitor.
DEFINICIÓN DE CAPACITANCIA
Considere dos conductores, como se observa en la figura. Esta combinación de dos conductores se conoce como capacitor. Los conductores son las placas. Si los conductores llevan carga de igual magnitud y signo opuesto existe una diferencia de potencial ΔV entre ellos.
CAPACITANCIA
Un capacitor de placas paralelas consiste en dos placas conductoras paralelas, cada una con una superficie “A”, separadas una distancia “d”.
DEFINICIÓN DE CAPACITANCIA
La capacitancia C de un capacitor se define como la razón de la magnitud de la carga en cualquiera de los conductores a la magnitud de la diferencia de potencial entre dichos conductores.
Unidad del SI para capacitancia es el farad (F) en honor a Michael Faraday
1 F = 1 C/V
CÁLCULO DE LA CAPACITANCIA
Para calcular la capacitancia primero calcule la diferencia de potencial, luego utiliza la ecuación C = Q/ΔV.
Ejemplo imagine un conductor esférico con carga. el potencial eléctrico de una esfera de radio “a” es simplemente keQ/a, y si V=0 en el caso de la cubierta infinitamente grande, se tiene
CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS
Una placa tiene carga +Q y la otra -Q la densidad de carga en cada placa es:
El valor del campo eléctrico entre las placas es:
Ya que el campo eléctrico es uniforme entre las placas la diferencia de potencial entre las placas es:
CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS
Capacitancia de placas paralelas
SÍMBOLOS DE ELEMENTOS DEL CIRCUITO
Para el estudio de los circuitos utilizaremos una representación gráfica simplificada que se conoce como diagrama del circuito. Este diagrama usa símbolos del circuito para representar diversos elementos dentro de los circuitos.
COMBINACIÓN DE CAPACITORES EN PARALELO
Dos capacitores conectados en paralelo. Los tres diagramas son equivalentes.
COMBINACIÓN DE CAPACITORES EN PARALELO
COMBINACIÓN DE CAPACITORES EN SERIE
COMBINACIÓN DE CAPACITORES EN SERIE
EJEMPLO DE CÁLCULO DE CAPACITANCIA EQUIVALENTE
Encuentre la capacitancia equivalente entre a y b para la combinación de capacitores. Todas las capacitancias están en microfarads.
ENERGÍA ALMACENADA EN UN CAPACITOR CON CARGA
UNA GRÁFICA DE DIFERENCIA DE POTENCIAL CONTRA CARGA
Una gráfica de diferencia de potencial contra carga para un capacitor es un línea recta con pendiente 1/C
TRABAJO PARA TRANSFERIR dq DE PLACA -q A LA PLACA +q
El trabajo invertido al cargar el capacitor se presenta como una energía potencial eléctrica almacenada en el mismo.
DENSIDAD DE ENERGÍA EN UN CAMPO ELÉCTRICO
Energía por cada unidad de volumen
CAPACITORES CON MATERIAL DIELÉCTRICO
Un capacitor cargado a) antes y b) después de haber insertado un material dieléctrico entre las placas
CAPACITOR LLENO DE MATERIAL DIELÉCTRICO
Para cualquier separación dada d, el voltaje máximo que puede aplicarse a un capacitor sin causar una descarga depende de la resistencia dieléctrica (campo eléctrico máximo) del dieléctrico. Si la magnitud del campo eléctrico en el dieléctrico excede la resistencia dieléctrica, las propiedades aislantes fallan y el dieléctrico empieza a conducir.
Voltaje de servicio, voltaje de ruptura o tensión nominal. Este parámetro representa el voltaje más elevado que se puede aplicar al capacitor sin exceder la resistencia dieléctrica del material dieléctrico en el capacitor.
VENTAJAS DE UTILIZAR UN DIELÉCTRICO
CONSTANTES DIELÉCTRICAS Y RESISTENCIAS DIELÉCTRICAS APROXIMADAS.
TIPOS DE CAPACITORES
CAPACITORES Y DIELÉCTRICOS