capacitancia

Colegio AdventistaSubsector FísicaArica

Profesor: Ignacio Espinoza BrazProfesor: Ignacio Espinoza Braz

Un capacitor o condensador es un dispositivo que almacena carga eléctrica. Éste se utiliza en distintos tipos de circuitos eléctricos y electrónicos.

Un condensador está formado por dos placas metálicas paralelas de área A separadas por una pequeña distancia d. Entre las placas contiene un material aislante (dieléctrico) el que puede ser aire.

Para cargar un capacitor se conecta cada placa, mediante un alambre conductor, a los terminales (bornes) positivo y negativo de una batería o pila.

La batería o pila establece entre las placas una diferencia de potencial debido a esto son extraídos los electrones de una de las placas, la que queda con carga positiva (+q). Los electrones son transferidos por medio de la batería a la otra placa, la que queda con carga negativa (-q)

Cuando la diferencia de potencial entre las placas es igual a la diferencia de potencial de la batería, la transferencia de carga se interrumpe y cada placa queda con la misma cantidad de carga.

La cantidad de carga Q que adquiere un determinado capacitor es proporcional al valor de la diferencia de potencial V entre las placas, es decir:

Por lo tanto, la razón de la cantidad de carga Q al potencial V producido, será una constante C para un capacitor dado.

Q CV=

Esta razón se entiende como la capacidad del condensador para almacenar carga, conocida como capacitancia.

La capacitancia es siempre una cantidad positiva. Su unidad de medida en el S.I es:

QC

V=

[ ] [ ] [ ]CapacitanciaCoulomb

Farad FVolt

= = =

La capacitancia C no depende de la carga Q ni del potencial V, sino de la geometría del condensador.

La capacidad C de un condensador de placas paralelas de área A, que están separadas a una distancia d y que tiene entre las placas aire, es:

Donde es una constante llamada permisividad del espacio libre, con una valor de:

0

AC

dε=

0ε

212

0 28,85 10

C

Nmε −

= ×

Un dieléctrico es un material aislante. Es común que entre las placas de un condensador se coloque un dieléctrico, cumpliendo funciones como:

Permite aumentar la diferencia de potencial máxima que soporta el condensador sin que fluyan cargas entre las placas.

Aumenta la capacidad. Esto se debe tanto a que las placas se puedan colocar a menar distancia sin que se toquen, como a que disminuye el campo eléctrico entre las placas del condensador y la diferencia de potencial.

Cuando se coloca un dieléctrico entre las pacas, de modo que este llene el espacio libre, entonces, la capacidad del condensador aumenta en un factor k conocido como constante dieléctrica.

Para un condensador de placas paralelas, la capacitancia se podrá calcular como:

0

AC k

dε=

Material Constante Dieléctrica

Vacío 1

Aire 1,000059

Parafina 2,2

Papel 3,7

Nailon 3,4

Vinil 4

Vidrio Pirex 5,6

Teflón 2,1

Cuarzo 4,3

Agua 80

Las imágenes que observamos en los monitores de un computador o televisor, se producen por el movimiento de electrones en su interior, que son acelerados por campos eléctricos y que chocan con la superficie interna de la pantalla.

Como sabemos, cuando una partícula de masa m y carga eléctrica q se encuentra en presencia de un campo eléctrico E, experimenta la acción de una fuera eléctrica F, dada por:

La aceleración que experimentará dicha partícula se puede determinar aplicando la segunda ley de newton:

F qE=

qEa

m=

En el movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico se pueden dar 2 situaciones:

• En que las partículas ingresen en forma paralela a las líneas de campo.

• O que lo hagan en forma perpendicular a estas líneas.

Veamos que ocurre en cada uno de estos casos.

Si una partícula con velocidad inicial lo hace de esta forma, experimenta un movimiento uniformemente acelerado siguiendo una trayectoria rectilínea, como la figura.

La rapidez de la partícula, al cabo de cierto tiempo puede ser predicha aplicando la relación cinemática:

0 0 qE

v v at v v tm

= + ⇒ = +

Cuando la velocidad inicial de la partícula es perpendicular a las líneas de campo eléctrico, su movimiento es rectilíneo uniforme en la dirección perpendicular al campo, donde no se realiza trabajo y es uniformemente acelerado en la dirección del campo. Esto hace que la partícula describa una trayectoria parabólica, como lo muestra la figura: