Comencemos un nuevo tema el cual me hace muy feliz poder compartir con ustedes, ya que debo confesarles que es mi favorito. Hablemos sobre Capacitancia.
Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva.
Cuando montamos una ratonera tradicional o simplemente tensamos de la cuerda de un arco, almacenamos energía mecánica en forma de energía potencial elástica. Un capacitor es un dispositivo que almacena energía potencial eléctrica y carga eléctrica. Para construir un capacitor, solo basta con aislar dos conductores uno del otro. Para guardar energía en este dispositivo, se transfiere carga de un conductor al otro de modo que uno tenga energía carga negativa. Es necesario realizar trabajo para trasladar las cargas a través de la diferencia de potencial resultante entre los conductores, y el trabajo realizado se almacena en forma de energía potencial eléctrica.
Los capacitores también conocidos como condensadores, tienen numerosas aplicaciones prácticas en dispositivos como unidades de destello electrónico para fotografías, láseres pulsantes, sensores de bolsas de aire para automóvil y receptores de radio y televisión. Muchas de esas aplicaciones las mencionaremos a lo largo del desarrollo de esta serie.
Fuente
De cualquier manera se realizaran diversas descripciones de las propiedades fundamentales de los capacitores. Con respecto a un capacitor en particular, la relación de la carga de cada conductor con relación a la diferencia de potencial entre los conductores es una constante, llamada capacitancia. La capacitancia depende del tamaño y forma de los conductores y del material aislante que se encuentra entre ellos; en comparación con el caso donde solo se encuentra vacio entre los conductores, la capacitancia aumenta cuando ésta presente un material aislante. Esto ocurre porque se lleva a cabo una redistribución de la carga, llamada polarización, dentro del material aislante. Cabe resaltar que el estudio de la polarización nos permite comprender mejor las propiedades eléctricas de la materia.
Los capacitores además nos proporcionan otra manera de pensar en la energía potencial eléctrica. La energía almacenada en un capacitor con carga guarda relación con el campo eléctrico presente en el espacio entre los conductores.
Si tenemos dos conductores cualesquiera separados por un aislador, entonces se forma un capacitor o condensador. Cada conductor tiene inicialmente una carga neta de ero y se transfieren electrones de un conductor al otro; a esto se le denomina cargar el capacitor. De tal manera que los dos conductores tienen cargas de igual magnitud y signo opuesto, y la carga neta del capacitor en conjunto sigue siendo cero. Cuando decimos que un capacitor tiene una carga Q, o que hay una carga Q almacenada en el capacitor, quiere decir que el conductor que está al potencial más alto tiene una carga +Q, y el conductor al potencial más bajo tiene una carga -Q.
Cabe destacar, que en los diagramas de circuitos se representan mediante los siguientes diagramas:
Para cargar comúnmente un capacitor podemos tomar y conectar los alambres a los bornes opuestos de una batería, una vez que se establecen las cargas en los conductores se desconecta la batería. Esto proporciona una diferencia de potencial Vab fija entre los conductores que es exactamente igual al voltaje de la batería.
Es muy importante acotar que el campo eléctrico en cualquier punto de la región entre los conductores es proporcional a la magnitud Q de la carga de cada conductor. Se sigue que la diferencia de potencial Vab entre los conductores también es proporcional a Q. Si se duplica la magnitud de la carga en cada conductor, se duplica la densidad de carga en cada punto, el campo eléctrico en cada punto y la diferencia de potencial entre los conductores. Sin embargo, la relación de carga respecto a la diferencia de potencial no cambia. A dicha relación se le conoce como capacitancia C del capacitor:
Esta sería la definición de capacitancia, y cuyas unidades según el Sistema Internacional es un Faradio (1 F). El cual es igual a un coulomb por voltio (1 C/V).
Una de las características que la ecuación es que cuanto mayor es la capacitancia C de un capacitor, tanto más grande es la magnitud Q de la carga en cualquiera de los conductores con una diferencia de potencial determinada Vab y, en consecuencia, es mayor la cantidad de energía almacenada. Por lo tanto, la capacitancia es una medida del alcance de un capacitor para almacenar energía. Es importante resaltar que el valor de la capacitancia depende solamente de la forma y el tamaño de los conductores; así como también de la naturaleza del material aislante que los separa.
Referencias
Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.
Sánchez, E. (2005). Física. Caracas: Ediciones CO-BO.
Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen II. México: Pearson Educación.
Hola amiga muy buena su clase amiga, primera vez que veo un post que comparta el interés por la física, a mi me fascina, ¿usted conoce la maquina winshurst? estoy 100% seguro que podemos generar energía para alimentar a pueblos y ciudades, con esta máquina, seria de hacer los estudios con los capacitores adecuados para tal potencia y obtendríamos energía limpia y económica. Lamentablemente vivo en un país quebrado y el tiempo que tengo es buscando soluciones económicas para subsistir. Me despido y estare atento asus post.
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Excelente tema, los sistemas electricos complejos siempre me han intimidado porque se me hacen muy complejos y caprichosos pero me gustaría llegar a dominarla en algún momento. Gracias por el post, si haces otro relacionado sería útil que escribieras hacerca de los materiales de los componentes. Saludos.
Hola @hannymarchan excelente post. Como lo señalas "... la capacitancia es una medida del alcance de un capacitor para almacenar energía." Hay un mundo en las características funcionales del condensador a nano y gran escala. Cuando se trata de energía ellos aparecen en escena. Gracias una vez por presentar estos contenidos.