Condensador

    En general, se llama condensador a un dispositivo eléctrico constituido por dos conductores, o armaduras, que poseen cargas del mismo valor, pero de signo contrario, y que están separados una cierta distancia. La magnitud característica de un condensador es la capacidad.

    Si se tiene un conductor aislado que posee una carga, q, bajo una diferencia de potencial, V, se denomina capacidad del mismo, C, a la magnitud definida como el cociente entre la carga y la diferencia de potencial:

    C =

    La unidad de capacidad en el Sistema Internacional se denomina faradio (símbolo F) y se define como la capacidad de un conductor que, para una diferencia de potencial de un voltio, tiene la carga de un culombio.

    En la práctica, el faradio es una unidad muy grande, por lo que frecuentemente en los circuitos y cálculos comunes se emplean sus divisores, como:

    microfaradio ( F) = 10-6 F ; picofaradio (pF) = 10-12 F

    Uno de los tipos de condensadores más extendidos es el de placa plana, en el que las armaduras son unas placas metálicas paralelas entre sí y separadas una distancia, d, entre las que existe un material que se denomina dieléctrico.

    De lo dicho se deduce que la carga neta de un condensador es nula, pero se llama carga del mismo, q, a la que presenta, en valor absoluto, cualquiera de sus dos armaduras.

    En un condensador de placa plana en el que la superficie de cualquiera de sus armaduras es S, si entre ellas existe el vacío, su capacidad viene dada por:

    C =

    en la que 0 es la constante dieléctrica del vacío. La energía de un condensador cargado viene dada por la expresión:

    E = (1)

    Teniendo en cuenta que:

    C =

    La igualdad (1) también puede escribirse en las formas:

    E = C· V2 ; E = V · q

    Un aspecto muy importante de los condensadores es su posibilidad de asociarse. La unión de dos o más condensadores puede realizarse en paralelo o en serie, o también de forma mixta. Varios condensadores se hallan asociados en paralelo cuando las armaduras positivas de todos ellos se encuentran unidas entre sí y las armaduras negativas, también de todos ellos, se hallan en la misma situación.

    Se llama capacidad equivalente de la asociación a la de un único condensador, cuyo efecto es igual al que causan todos los condensadores agrupados. Llamando C1, C2, ..., Cn a las respectivas capacidades de los condensadores que se asocian y CE a la capacidad equivalente, se tiene que, en la asociación en paralelo:

    CE = C1 + C2 + ... + Cn

    Es decir, todas las armaduras tienen la misma tensión y si sus capacidades son diferentes, cada una presenta carga distinta, con lo que la carga total es la suma de las cargas de los condensadores componentes.

    En la asociación de condensadores en serie se une la armadura negativa de cada condensador a la positiva del siguiente. La capacidad equivalente de esta asociación se calcula como:

    En un acoplamiento en serie, todos los condensadores tienen la misma carga y, si las capacidades son distintas, cada uno soporta una tensión diferente. La tensión total del sistema es la suma de tensiones de cada componente.

    Finalmente, la asociación mixta tiene lugar cuando unos condensadores están acoplados en serie y otros en paralelo. La capacidad equivalente se determina aplicando a cada tipo de asociación la fórmula que corresponda y sumando después las capacidades equivalentes parciales que se hayan obtenido.

    Problema. Una esfera metálica de 10 cm de radio tiene una carga de un microculombio (C). Calcular en unidades del Sistema Internacional:

    1. La capacidad de la esfera.

    2. El potencial en un punto de la superficie.

    3. La energía eléctrica que tiene almacenada la esfera.

    4. La densidad eléctrica superficial.

    Solución.

    1. Como el radio es 10 cm = 10 · 10-2 = 10-1 m:

    C = C = C = F

    1. Como:

    V = V = 10-6 · 9 · 1010 V = 90.000 voltios

    1. Puede calcularse la energía mediante:

    E = E = 90.000 · 10-6 E = (4,5) · 10-2 julios

    1. La densidad eléctrica superficial, , es la carga por unidad de superficie, luego:

    culombios/m2