Energía Electroestática

ENERGÍA ELECTROESTÁTICA:

La Energía potencial electrostática o Energía potencial eléctrica es un tipo de energía potencial (medida en julios) que resulta de la fuerza de Coulomb y está asociada a la configuración particular de un conjunto de cargas puntuales en un sistema definido. No se debe confundir con el potencial eléctrico (medido en voltios). El término "Energía potencial eléctrica" se suele emplear para describir la energía potencial en sistemas con campos eléctricos que varían con el tiempo, mientras que el término "Energía potencial electrostática" hace referencia a la energía potencial en sistemas con campos eléctricos constantes en el tiempo.

Capacitancia Eléctrica

En análisis de circuitos eléctricos, las magnitudes que se visualizan de inmediato son tensión, intensidad de corriente y resistencia. Cuando se tienen circuitos en corriente alterna nos encontramos con fenómenos distintos a los de corriente continua, y en específico son los efectos capacitivos e inductivos. Estos fenómenos han sido estudiados desde hace mucho tiempo y por su naturaleza seguirán siendo objeto de estudio.

DEFINICIÓN DE CAPACITANCIA

La capacitancia es la propiedad de un circuito eléctrico de oponerse al cambio en la magnitud de tensión a través del circuito. También capacitancia se refiere a la característica de un sistema que almacena carga eléctrica entre sus conductores y un dieléctrico, almacenando así una energía en forma de campo.

Introducción: Básicamente, un capacitor, en su expresión más simple, está formado por dos placas metálicas enfrentadas y separadas entre sí por una mínima distancia, y un dieléctrico, que se define como el material no conductor de la electricidad (aire, mica, papel, aceite, cerámica, etc.) que se encuentra entre dichas placas.

Símbolo de capacitores

La magnitud del valor de capacidad de un capacitor es directamente proporcional al área de sus placas e inversamente proporcional a la distancia que las separa. Es decir, cuanto mayor sea el área de las placas, mayor será el valor de capacidad, expresado en millonésimas de Faradios [µF], y cuanto mayor sea la distancia entre las placas, mayor será la aislación o tensión de trabajo del capacitor, expresadas en unidades de Voltios, aunque el valor de capacidad disminuye proporcionalmente cuanto más las placas se separan.

Condensador dispositivo que almacena carga eléctrica. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. La botella de Leiden es un condensador en que sus dos placas son revestimientos metálicos dentro del cristal y fuera de la botella, que es el dieléctrico.

La magnitud que caracteriza a un condensador es su capacidad, cantidad de carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.

Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica que pueden almacenar, pasado este limite se perforan (ruptura del dieléctrico). Pueden conducir corriente continua durante sólo un instante (cambios bruscos de potencial), funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna, aunque con un valor de impedancia en función de la frecuencia.

Esta propiedad los convierte en dispositivos útiles cuando debe impedirse que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico. Los condensadores de capacidad fija y capacidad variable 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 condensadores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia. Los condensadores se fabrican en gran variedad de formas.

BOTELLA DE LEYDEN

Es el prototipo más simple de un condensador, descubierto alrededor de 1745, de forma independiente, por el físico holandés Pieter Van Musschenbroek de la Universidad de Leiden y el físico alemán Ewald Georg Von Kleist.

La botella de Leyden original era una botella de cristal llena de agua y cerrada, con un alambre o una aguja que traspasaba el tapón y estaba en contacto con el agua. La botella se cargaba sujetándola con una mano y poniendo la parte saliente del alambre en contacto con un dispositivo eléctrico. Cuando se interrumpía el contacto entre el alambre y la fuente eléctrica y se tocaba el alambre con la mano, se producía una descarga que se presentaba como una sacudida violenta. La botella de Leyden actual está recubierta por una capa de estaño tanto por la parte interior como por la exterior. El contacto eléctrico se realiza con una barra de latón que atraviesa el tapón de la botella y que está en contacto con la capa interior de metal mediante una cadena. Se produce una descarga completa cuando se conectan las dos capas por medio de un conductor. La botella de Leyden se utiliza en demostraciones y experimentos en los laboratorios.

CAPACITORES DE PLACAS PARALELAS

Para entender algunos de los factores que determinan el valor de la capacitancia de un dispositivo consideraremos un capacitor conformado por un par de placas planas paralelas.

Si + y - son las densidades superficiales de carga eléctrica en las superficies de área A, las cargas eléctricas en las placas tienen magnitudes +Q y – Q, respectivamente, con Q = dA. Como las cargas eléctricas en las placas son de diferente tipo, tienden a atraerse, por lo que quedan depositadas en las superficies internas del capacitor. La diferencia de potencial eléctrico para este dispositivo:

en donde d es la distancia de separación entre las placas, y es la permisividad eléctrica del vacío. Sustituyendo la expresión para la densidad de carga en términos de la carga eléctrica, tenemos:

Capacitor de placas planas paralelas con cargas de diferente tipo, y líneas de campo en su interior por lo que al compararla con la expresión 1, encontramos que la capacitancia para el capacitor de placas planas paralelas es:

La capacitancia depende también depende:

1.- De factores geométricos en los conductores, como el área en donde está depositada la carga y la distancia de separación entre las placas;

2.- De las características del medio en el que se encuentran inmersos los conductores, representadas en este caso por la

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