Circuitos Electricos(mallas Nodos Y Teoremas)

EL CAPACITOR

Un capacitor es un componente electrónico, el cual puede describirse como dos

placas de material conductor, separadas por un aislamiento, comúnmente llamado

dieléctrico, es posible que los materiales dieléctricos –como el aire o el papel- retengan

una carga debido a que los electrones libres no pueden fluir a lo largo de un aislador, sin

embargo esta carga debe ser aplicada por alguna fuente.

Puede definirse entonces la capacitancia de un circuito como la propiedad de oponerse a cualquier cambio de voltaje y puede compararse a la inductancia, que es la propiedad de oponerse a cualquier cambio en la corriente, es importante mencionar que no pasan electrones a través del capacitor ya que bloquea a la corriente directa, sin embargo una de las placas se cargará negativamente y la otra positivamente y existe un campo eléctrico entre ellas, por lo que este elemento almacena carga eléctrica en el dieléctrico, la palabra “almacenar”, significa que la carga permanece aún después de haber desconectado la fuente de voltaje.

Los materiales aislantes o dieléctricos varían en cuanto a su capacidad para soportar un campo eléctrico, esta capacidad es denominada constante dieléctrica del material.

En la siguiente tabla se puede apreciar, a manera de ejemplo, algunos materiales y su constante dieléctrica.

Material Constante Dieléctrica Rigidez Dieléctrica

Aire 1 20

Papel encerado 3.5 1250

Mica 6 600-1500

Cristal 8 335-2000 Cerámica 80-1200 600-1250

Aceite 2-5 275

La capacitancia se determina por medio del número de electrones que pueden almacenarse en un capacitor por cada volt aplicado. La unidad de la capacitancia es el Farad y representa una carga de un COULOMB que eleva el potencial en un volt, vista en forma de ecuación queda de la siguiente forma:

C (en farads) = Q (en Couloms) / E (en Volts)

La capacitancia se determina por medio de:

1.- El material utilizado como aislante

2.- El área de las placas

3.- La distancia entre las placas.

Estos factores se encuentran relacionados en una fórmula matemática como sigue:

C = 0.255 (KA /d) (n – 1)

En donde,

K = Constante dieléctrica

A = área de un lado de una placa, en pulgadas cuadradas.

d = La distancia de las placas en pulgadas.

n = Número de placas.

La constante dieléctrica K es una medida de la capacidad que posee un aislador para concentrar el flujo eléctrico. El valor de esta constante es igual al cociente del flujo en el aislador entre el valor que el flujo tiene en el aire o en el vacío. La constante dieléctrica tanto del aire como del vacío es 1, ya que es la que sirve como referencia. Por ejemplo, la mica tiene una constante dieléctrica promedio igual a 6, valor que significa que este material es capaz de proporcionar una densidad de flujo 6 veces mayor que el aire o el vacío, para el mismo voltaje aplicado y el mismo tamaño físico.

En general, los aisladores tienen una constante dieléctrica K mayor que 1, valores grandes de K, permiten a su vez altos valores de capacitancia. En realidad, la constante dieléctrica de un aislador es la permeabilidad relativa de éste, la cual se denota con los símbolos εr o Kε e indica la capacidad que posee el dieléctrico para concentrar flujo eléctrico.

En la tabla anterior también aparecen los valores nominales de voltajes de ruptura para los dieléctricos más comunes, a esto se le conoce como rigidez dieléctrica, la cual es una medida de la capacidad que tiene un dieléctrico para soportar una diferencia de potencial sin que se produzca un arco de descarga a través del aislador.

Este valor nominal es importante debido a que la ruptura del aislador produce una trayectoria de conducción a lo largo del dieléctrico. Cuando esto ocurre ya no es posible almacenar carga, puesto que el capacitor está en cortocircuito. Dado que el voltaje de ruptura aumenta conforme lo hace el espesor del dieléctrico, los capacitores con valores nominales grandes tienen una distancia mayor entre las placas. Por tanto:

1.- La capacitancia aumenta al incrementar el área de las placas o la constante dieléctrica.

2.- La capacitancia disminuye al aumentar la distancia entre las placas.

TIPOS DE CAPACITORES

Los capacitores comerciales se clasifican de acuerdo con el material con el que está fabricado el dieléctrico. Los capacitores más comunes son los de aire, mica, papel, cerámica y electrolíticos. Estos últimos utilizan una película de óxido muy delgada de tamaño molecular como dieléctrico, el cual permite obtener valores muy grandes de capacitancia en un espacio muy pequeño. En la siguiente tabla se muestra una comparación entre los diferentes tipos de capacitores.

Dieléctrico Construcción Capacitancia Voltaje de ruptura V

Aire Placas intercaladas 10-400 pF 400

Cerámica Cilíndrico o tubular 0.5-1600 pF 500-20 000

En forma de disco 0.002-0.1 μF

Electrolítico Aluminio 5-1 000 μF 10-450

Tantalio 0.01-300 μF 6-50

Mica De hojas sobrepuestas 10-5 000 pF 500-20 000

Papel o Película

De plástico

De papel metalizado 0.001-1 μF 200-1 600

Voltaje nominal de capacitores

Este valor nominal indica la máxima diferencia de potencial que puede aplicarse a través de las placas del elemento sin dañar el dieléctrico. En general, este valor nominal del voltaje es válido hasta temperaturas de 60 ºC. A temperaturas superiores el valor nominal del voltaje disminuye. Los voltajes nominales usuales para capacitores de propósito general de mica, papel y cerámica abarcan desde 200 hasta 500 V, es posible encontrar en el mercado capacitores de cerámica con voltajes nominales desde 1 hasta 5 kV. Los voltajes nominales más comunes para capacitores electrolíticos son 25, 150 y 450 V.

La diferencia de potencial a través del capacitor depende del voltaje aplicado y no necesariamente es igual al voltaje nominal. Un voltaje nominal mayor que la diferencia de potencial aplicada al elemento es un factor de seguridad que le permite una vida útil prolongada.

Capacitores variables.

A las placas estacionarias

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