Los Condensadores

Introducción

Un condensador es un dispositivo que sirve para almacenar carga y energía. Está

constituido por dos conductores aislados uno de otro, que poseen cargas iguales y opuestas.

Los condensadores tienen múltiples aplicaciones. El mecanismo de iluminación (« flash »)

de las cámaras fotográficas posee un condensador que almacena la energía necesaria para

proporcionar un destello súbito de luz. Los condensadores también se utilizan para suavizar

las pequeñas ondas que surgen cuando la corriente alterna (el tipo de corriente que

suministra un enchufe doméstico) se convierte en continua en una fuente de potencia, tal

como la utilizada para cargar la calculadora o la radio cuando las pilas están bajas de

tensión.

Condensadores

Un condensador corriente es el condensador de placas paralelas, formado por dos grandes

placas conductoras paralelas. En la práctica las placas pueden ser láminas metálicas muy

finas, separadas y aisladas una de otra por una hoja de papel. Es «papel sándwich » se

arrolla para ahorrar espacio. Cuando las placas se conectan a un dispositivo de carga, por

ejemplo, una batería se produce una transparencia de carga desde un conductor al otro hasta

que la diferencia de potencial entre los conductores debido a sus cargas iguales y opuestas

se hace igual a la diferencia de potencial entre los terminales de la batería. La cantidad de

carga sobre las placas depende de la diferencia de potencial y de la geometría del

condensador; por ejemplo, del área y separación de las placas en un condensador de placas

paralelas.

Sea Q la magnitud de la carga sobre cada placa y V la diferencia de potencial entre las

placas. (Cuando hablamos de la carga de un condensador nos referimos a la magnitud de la

carga sobre cada placa). La relación Q/V se denomina capacidad C:

C = Q / V

Esta magnitud expresa la « capacidad » de almacenar carga que posee el condensador bajo

una determinada diferencia de potencial. La unidad SI de capacidad es el coulomb por

voltio y se denomina farad (F) en honor al gran físico experimental inglés, Michael

Faraday:

1F = 1 C / V

Como el farad es una unidad relativamente grande, se utilizan frecuentemente grande, se

utilizan frecuentemente los submúltiplos como el microfarad o el picofarad

.

La capacidad del condensador de placas paralelas es, por tanto,

Obsérvese que como V es proporcional a Q, la capacidad no depende de la carga ni del

voltaje del condensador, sino sólo de factores geométricos. En un condensador de placas

paralelas, la capacidad es proporcional a la superficie de las placas e inversamente

proporcional a la distancia de separación. En general la capacidad depende del tamaño,

forma y geometría de los conductores. Como la capacidad se expresa en farad y A/s = A/d

en metros, resulta que la unidad SI de la permitividad del espacio libre puede expresarse

en farad por metro:

Un cálculo numérico nos permitirá apreciar lo grande que es el farad como unidad de

capacidad.

Un condensador cilíndrico consta de un pequeño cilindro o alambre conductor de radio a y

una corteza cilíndrica mayor de radio b concéntrica con la anterior. La capacidad por

unidad de longitud de un cable coaxial es importante en la determinación de las

características de transmisión del cable. Supongamos que la longitud del condensador es L

y que posee una carga + Q en el conductor interior y una carga -Q en el exterior.

La capacidad es:

Figura 1: Un cable coaxial es un condensador largo cilíndrico que posee un alambre sólido como conductor

interno y un blindaje de alambre trenzado como conductor externo. En este caso se ha desprendido la cubierta

exterior de caucho para que puedan verse los conductores y el aislante de plástico blanco que los separa.

Así pues, la capacidad es proporcional a la longitud, mayor es la cantidad de carga que

puede almacenarse en los conductores para una determinada diferencia de potencial, pues el

campo eléctrico, y por tanto, la diferencia de potencial, depende sólo de la carga por unidad

de longitud.

Dieléctricos

Un material no conductor como por ejemplo el vidrio, el papel o la madera, se denomina

dieléctrico. Faraday descubrió que cuando el espacio entre los dos conductores de un

condensador se ve ocupado por un dieléctrico, la capacidad aumenta en un factor k que es

característico del dieléctrico y que se denomina constante dieléctrica. La razón de este incremento es que el campo eléctrico entre las placas de un condensador se debilita por

causa del dieléctrico. Así, para una carga determinada sobre las placas, la diferencia de

potencial se reduce y la relación Q/V se incrementa.

Un dieléctrico debilita el campo eléctrico entre las placas de un condensador pues, en

presencia de un campo eléctrico externo, las moléculas del dieléctrico producen un campo

eléctrico adicional de sentido opuesto al del campo externo.

Si el campo eléctrico original entre las placas de un condensador sin dieléctrico es el

campo en el dieléctrico es

donde k es la constante dieléctrica. En un condensador de placas paralelas de separación s,

la diferencia de potencial entre las placas es

siendo V la diferencia de potencial con dieléctrico y la diferencia de potencial

original sin dieléctrico. La nueva capacidad es

es decir,

en donde Co es la capacidad original. La capacidad de un condensador de placas paralelas

lleno de un dieléctrico de constante k es, por tanto,

en donde

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