Fundamentos de la Capacitancia y Tipos de Condensadores Eléctricos
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Conceptos Fundamentales de la Capacitancia
El Condensador
Un condensador es un dispositivo formado por dos conductores (placas) con cargas iguales y opuestas, separados por un dieléctrico.
Capacitancia Eléctrica
La capacitancia eléctrica mide la aptitud que tiene un conductor para almacenar grandes cantidades de carga eléctrica a potenciales electrostáticos relativamente bajos.
El Faradio (F)
El Faradio es la unidad de capacitancia. Se define como la capacitancia de un condensador que, cargado con una carga de 1 coulomb (C), adquiere un potencial electrostático de 1 voltio (V).
Capacitancia según la Geometría del Condensador
Condensador de Placas Paralelas
La capacidad de un condensador de placas paralelas se calcula aplicando la Ley de Gauss a un cilindro en el que una placa está en una tapa y la otra en el espacio entre placas (como se muestra en la figura).
Condensador Cilíndrico
Un condensador cilíndrico consta básicamente de un cilindro externo de radio b y un cilindro interno de radio a, que tienen cargas Q+ y Q- respectivamente.
Condensador Esférico
Un condensador esférico consta básicamente de una esfera externa y una esfera interna de radios rb y ra, respectivamente.
Conexión de Condensadores
Condensadores en Paralelo
- La diferencia de potencial electrostático entre las placas de cada uno de los condensadores es la misma.
- La carga eléctrica acumulada en las placas de cada uno de los condensadores depende de la capacidad de estos.
Condensadores en Serie
- La carga eléctrica acumulada en las placas de cada uno de los condensadores es la misma.
- La diferencia de potencial electrostático entre las placas de cada uno de los condensadores depende de la capacidad de estos.
Efecto del Dieléctrico y Energía Almacenada
Condensadores con Dieléctrico
Según Faraday, mediante un experimento, se construyeron dos condensadores idénticos: en uno se colocó un dieléctrico y el otro se dejó al aire.
Ambos condensadores se cargaron con el mismo diferencial de potencial. Se observó que la carga del condensador que contenía el dieléctrico era mayor que la carga del que contenía aire.
Energía Almacenada
Un condensador cargado tiene almacenada una energía potencial electrostática, la cual es igual al trabajo que se requiere para cargarlo.
Densidad de Energía
La densidad de energía es la energía almacenada en la unidad de volumen. Si existe un campo eléctrico en una región cualquiera del espacio, podemos considerar a esa región como un lugar donde hay energía almacenada por unidad de volumen.