Condensadores

Escrito el 30 de Junio de 2010 en español con un tamaño de 15,31 KB

los condensadores al igual que las resistencias, son componentes normalmente utilizados en electricidad, electronica y comunicaciones. la funcion que realiza un condensador es almacenar una carga electrica, se comporta como un deposito de electricidad cuyo simil hidraulico puede ser un deposito de agua.
definicion: cuando se le aplica una tension mediante una fuente externa, se produce un efecto de campo electrico en su interior, adquiere cierta magnitud de carga electrica (coulombs) que da lugar a una diferencia de potencial entre sus terminales.

la capacidad de un condensador se obtiene: capacidad = carga almacenada/tension : c=q/v. las unidades serian faradio= coulomb/volts.
milifarad(mF) -------1mf=10^- 3 F
microfarad(uF) -------1uF=10^- 6 F
nanofarad(nF) ------1nF=10^ - 9 F
picofarad(pF) -------1pF=10^ - 12 F

se deduce ke:
1 mF ----1000 uF
1 uF ----1000 nF
1 nF ----1000 pF

C= ? s

S =Superficie de las placas (m)2

d = Distancia de separación de las placas (m)

?= Constante característica del DIELECTRICO

El valor practico efectivo de la Constante Dieléctrica de cualquier material se toma de e=8.85 x10(-12)*er, considerando las dimensiones en metros y la capacidad en Farad.

capacidad: Esta característica da cuenta de la cantidad de carga eléctrica (COULOMB) que puede almacenar (Q=C*V).

tension: Indica la Tensión máxima que puede soportar de una forma continua. Por lo tanto en cualquier aplicación que se utilice se debe tener la precaución de no sobrepasarse dicha tensión. Este valor aparece indicando en el Condensador.Hay que tener en cuenta que cuando se sobrepasa la tensión máxima en el condensador, esté puede explotar. Por consiguiente el valor de los condensadores se suele expresar en los esquemas indicando su capacidad y tensión.

tolerancia: Al igual que todos los componentes, el valor de la capacidad nominal especificado también puede variar en un cierto margen; o sea, esta sujeto a unas Tolerancias. En especial en los Condensadores Electrolíticos esta característica suele ser bastante alta: Entre -20 y +50% de variación, hasta más. Así un Condensador Electrolítico que indique una capacidad de, por Ejemplo 100 u F podría tener un valor entre 80 y 150 u F.

corriente de fuga: Se refiere a una pequeña corriente que podría pasar a través del Dieléctrico al estar sometido a tensión eléctrica. Idealmente, como es obvio, dicha corriente debería ser cero, ósea, no debería haber ninguna fuga.

temperatura: Este parámetro puede afectar negativamente a las características del condensador, en especial a los Electrolíticos, por lo cual también puede aparecer indicándose este dato en el condensador. En general, debe preocuparse que los condensadores queden alejados de fuentes de calor.

tipos de condensadores: • Papel • Cerámica • Plásticos • Electrolíticos

Por Ejemplo; en el caso de dos Condensadores en paralelo; obtendremos la carga total almacenada: QT =Q1+ Q2

Teniendo en cuenta que: Q1= C1*V} Q2= C2*V} QT=C1*V+C2*V

Y a esta carga total, QT, le corresponde una capacidad total: Ct =Qt / V.

por lo tanto se puede poner: Qt =C1 x V + C2 x V

Ct = C1 x V + C2 x V / V

y simplificando por v se obtiene:

Ct = C1 + C2

Así en general , la conexión de condensadores en paralelo da lugar a: Aumento de la superficie de las placas , lo cual da lugar a una mayor CAPACIDAD.

En pricipio , por la caracteristica del circuito serie , la corriente de carga que circulara sera la misma en los tres condensadores ; por lo cual los tres recibiran la misma cantidad de carga (Coulomb ); asimismo por Kirchoff se cumplira : Vt= V1+V2+V3

Y como la tensión en el condensador se puede expresar :

V= Q/C se tiene Vt= Q/Ct = Q/C1 + Q/C2 + Q/C3

simplificando por q tenemos:

1/Ct = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

Vc (t): TENSIÓN DEL CONDENSADOR EN FUNCIÓN DEL TIEMPO Vc(0): TENSIÓN DEL CONDENSADOR EN EL (t0)DE CONECTARLO A LA FUENTE VB. VB: TENSIÓN DE LA FUENTE e : 2,718(BASE DE LOS LOGARITMOS NEPERIANOS) t : TIEMPO(seg). R: RESISTENCIA EN EL CIRCUITO ( ohm ) C : CAPACIDAD DEL CONDENSADOR (Farad )

CONSTANTE DE TIEMPO ESTA CONSTANTE SE DEFINE COMO EL TIEMPO QUE TARDA EL CONDENSADOR EN ALCANZAR EL 63,2% DE SU CARGA MÁXIMA ESTE CONCEPTO SE EXPRESA POR EL PRODUCTO DEL VALOR DE LA RESISTENCIA QUE SE ENCUENTRE EN EL CIRCUITO ( R) POR EL VALOR DE LA CAPACIDAD (C): Tau = R * C POR LO TANTO: TAU = RC---------Vc 0,632 Vb ASÌ, EN EL CIRCUITO EL VALOR DE LA CONSTANTE DE TIEMPO ES: t = RC =10(6) X10*10 (-6)=10S .

POR LO TANTO , SI LA FUENTE DE TENSIÒN ES DE VB = 10V , AL CABO DE 10 SEGUNDOS DE CONECTARLO SU TENSIÒN SERÀ DE 0,632 X 10 = 6,32 V.

OBSERVANDO EL CIRCUITO de la Fig 2.9.- Y APLICANDO LA LEY DE Ohm, LA CORRIENTE POR EL CIRCUITO VIENE DADA POR : Ic = VB –Vc//R

PUESTO QUE Ic(máx)=VB/R , TAMBIEN SE PUEDE DECIR : Ic(t)= Ic (máx) * e (-t)/RC

se comprueba que Ic = Vb/R osea, el valor maximo [Ic(máx.) : t = 0

Ic(t) =Vb /R* e ( -t )/RC

I c (t) =Vb /R * e (-0 )/RC

I c (t) = Vb /R *e (-0 )

I c (t) = VB / R

AL CABO DEL TIEMPO ( t= RC ) DESPUES DE CONECTAR EL CONDENSADOR , EL VALOR DE LA CORRIENTE DISMINUYE UN 63,2% ,Y LE QUEDAN UN 36,8% HASTA LLEGAR A CERO

VALOR DE LA CORRIENTE EN ELCONDENSADOR AL CABO DEL TIEMPO ( t=RC) (CONSTANTE DE TIEMPO) t=RC--------Ic= 0,63 Ic(máx) CON CADA CONSTANTE DE TIEMPO LA CORRIENTE DISMINUYE UN 63,2%. Y AL CABO 5 tau, EL CONDENSADOR ESTA PRÁCTICAMENTE CARGADO Y ENTONCES EL VALOR DE LA CORRIENTE ES CASI CERO: t=5RC--------Vc=VB---- Ic=VB- Vc= 0//R

LA TENSION DEL CONDENSADOR EN FUNCION DEL TIEMPO ES : Vc(t) = Vc(0) * e (-t)/RC

EN EL CASO DE LA CORRIENTE, EN EL MOMENTO INICIAL DE LA DESCARGA (t=0) EL VALOR MÁXIMO ES:Ic(máx) = Vc(0)/R

A MEDIDA QUE EL CONDENSADOR VA PERDIENDO CARGA, SU TENSIÓN VA DISMINUYENDO Y ESTO DA LUGAR A QUE TAMBIÉN LA CORRIENTE VAYA HACIÉNDOSE CADA VEZ MENOR TENDIENDO A CERO:

Y CUANDO EL CONDENSADOR ESTE PRÁCTICAMENTE DESCARGADO, COMO Vc=0 entonces Ic=0.

ASÌ, LAFORMULA GENERAL QUE NOS DA EL VALOR DE LA CORRIENTE EN FUNCIÓN DEL TIEMPO SE DEDUCE QUE ES: Ic(t) = Vc(0)/R * e (-t )/RC

LA CARGA ELECTRICA ALMACENADA EN UN CONDENSADOR TIENE LA CAPACIDAD DE REALIZAR TRABAJO ,CUYA MAGNITUD DEPENDE DE LA CANTIDAD DE LA CARGA ALMACENADA .DE ESTE MODO ,EL PROCESO DE CARGA DEL CONDENSADOR ALMACENA ENERGÌA QUE DESPUES DEVUELVE EN EL PROCESO DE DESCARGA. COMO SE SABE, LA DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE LAS PLACAS DE UN CONDENSADOR DE CAPACIDAD C CARGADO CON UNA CARGA Q VIENE DADA POR: V=Q/C

EN EL PROCESO DE CARGA DICHA TENSIÒN VARÌA DESDE 0 HASTA EL VALOR V; EL VALOR MEDIO DE TENSIÒN ES, POR TANTO, V/2. Y, POR OTRA PARTE, EL TRABAJO NECESARIO PARA TRASLADAR LA CARGA TOTAL QPOR MEDIO DE DICHA TENSIÒN MEDIA ES: W=Q x V //2 (esto da en jole)

TENIENDO EN CUENTA QUE Q=CV, SE DEDUCE ASÌ QUE LA ENERGÌA ELECTRICA, W, ALMACENADA EN EL CONDENSADOR VIENE DADA POR LA FÒRMULA: W = CV* V/2 -------- W = 1/2 C*V(2)

El Magnetismo es un estado caracterizado por un campo de fuerzas que puede actuar sobre ciertos materiales. Al igual que el Campo Electrico, es invisible y de acción a distancia.

Campo Magnético En la región del espacio donde se manifiestan las Fuerzas Magnéticas se dice que existe un campo magnetico; Tambien se dice que es la fuerza que se manifiesta alrededor del imán.

En la naturaleza existe un mineral de hierro, la Magnetita; es el imán natural. Otros cuerpos – los materiales Ferromagnéticos – no tienen propiedades magnéticas de forma natural pero son susceptibles de adquirirlas ; básicamente son el hierro, níquel y cobalto, siendo el hierro más representativo.

Otros materiales, aunque sean metálicos no pueden adquirir propiedades magnéticas, por ejemplo, el cobre y el aluminio. Ellos se llaman Diamagnéticos

Densidad magnética: B= 0/S ( 1 tesla =1 weber/1 m(2) )

Flujo Magnético: O=B*S ( 1 weber = 1 tesla * 1 m2 )

Otras unidades del flujo magnético (o) y de la inducción (B) son el Maxwell (mx) y el Gauss (g), respectivamente: B= 0/S ( 1 gauss= 1maxwell/1 cm2 0= B*S ( 1 maxwell = 1 gauss*1 * 1 cm2 ) las siguientes equivalencias: 1 weber= 10(8) Maxwell, 1 tesla =10(4) gauss.

permeabilidad: En general, a la mayor o menor facilidad que tienen los materiales para dejarse atravesar (o influir) por la fuerza magnética se llama Permeabilidad, y se representa por ( mu ). Así se entiende que cuanto mejor se deja influir un material por el campo magnético mayor permeabilidad tiene.

electromagnetistmo:Se emplea normalmente el término electromagnetismo por que todas las aplicaciones de donde se aprovechan las propiedades magnéticas están relacionadas con la electricidad. El electromagnetismo se basa en los principios fundamentales siguientes: • La circulación de corriente eléctrica genera campo magnético. • El movimiento relativo entre un conductor (normalmente una bobina) y un campo magnético genera electricidad.

Poco tiempo después del descubrimiento de Oersted(1831) .El británico Michael Faraday (1791-1867)descubrió un efecto contrario al de Oersted :un campo magnético puede crear una corriente eléctrica. Básicamente, una bobina es el arrollamiento de hilo conductor-normalmente cobre-sobre algún tipo de soporte .Para que no se produzcan corto circuitos entre las espiras, el hilo se somete a un baño de barniz que le confiere aislamiento eléctrico. Su forma más elemental, que se denomina Solenoide, es un alambre de cobre arrollado en forma helicoidal

Electroimán En definitiva, cuando se hace circular una corriente continua por una bobina aparece un campo magnético a su alrededor y se comporta como un imán. A esta forma de generar un campo magnético se le denomina Electroimán, y la intensidad de campo magnético que genera y varia de forma proporcional al numero de espiras que tenga la bobina y del valor de la corriente que circule . Núcleo Otra forma de poder obtener mayor fuerza de campo magnético (sin aumentar la corriente ni el número de espiras) es utilizando lo que se denomina Núcleo, que es material ferromagnético que se introduce en la bobina (normalmente hierro dulce). Puesto que el hierro tiene mayor permeabilidad que el aire, las líneas de fuerza pueden circular con más facilidad por el hierro que por el aire . Así como el material ferromagnético proporciona un camino más fácil que el aire para circulación de líneas de fuerza, las líneas de campo magnético que genera la bobina se concentran en el núcleo y ello hace que se produzca un aumento muy notable de la densidad del flujo en el interior de la bobina Con el campo magnético del electroimán; especialmente se logra una mayor densidad de flujo en los extremos de la bobina. Fuerza magnetomotriz Como se sabe, la fuerza magnética que genera la bobina es mayor cuanto mayor sea la intensidad de corriente que circula por ella y sea su número de espiras .Pues al producto del número de espiras (N) por la corriente (I) se le denomina fuerza magnetomotriz (f.m.m); es una indicación del poder magnetizante de la bobina: f.m.m = (mperios * vuelta) / f.m.m = (I*N )

La magnitud de la f.m.m se expresa en amperio –vuelta (AV) .Así, por ejemplo, una bobina de 500 espiras por la cual circulan 2 A produce una fuerza magnetomotriz de: f.m.m =I* N = 2 A * 500 =1000 (Av)

el contactor, un dispositivo muy utilizado en los sistemas de automatismo. Se basa en el cierre de contactos por medio de fuerza magnética de un electroimán. En la figura 3.10 se representa su estructura básica funcional y su símbolo esquematico.

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