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CONDENSADORES: Capacidad eléctrica Condensadores Conexión de condensadores CAPACIDAD Y CONDESANDORES CAPACIDAD: calor absorbido Capacidad calórica= variación de Tº En el ámbito eléctrico: CAPACIDAD ELECTRICA DE UN CONDUCTOR: Razón constante entre la carga eléctrica que puede almacenar y el potencial que adquiere con ella Mide la capacidad de almacenar cargas sin que el potencial se eleve demasiado Unidad de medida: SUBMULTIPLOS LOS CONDENSADORES Dispositivos que almacenan energía potencial eléctrica El sistema acumula energía potencial elástica Para maximizar la acción de almacenar carga, se construyen dispositivos denominados CONDENSADORES Los condensadores son dispositivos formados por dos placas conductoras, muy cercas entre sí, ambas placas poseen cargas iguales y opuestas - Estudiaremos el condensador de placas planas paralelas ¿DE QUÉ DEPENDE LA CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR? ε A C= d 0 C= Capacidad (F) d= distancia entre las placas (m) A= Área de las placas (m2) ε0=Permitividad del espacio libre 8,85x10-12 [C2/Nm2] EL DIELECTRICO Material no conductor (aislante), que en un condensador se ubica entre las placas. ¿Cuáles son sus funciones? • Aumentar la capacidad del condensador • Permite reducir la distancia entre las placas sin que estas hagan contacto (se reduce aumenta C) • Permite aumentar el voltaje entre las placas, sin que el material se ionice permitiendo la conducción de cargas a través de él • Proporciona mayor resistencia mecánica Al colocar un dieléctrico entre las placas la capacidad del condensador aumenta en un factor k conocido como constante dieléctrica ε A C=k d 0 TABLA DE CONSTANTES DIELECTRICAS EFECTO DEL DIELECTRICO Entre las placas existe un campo eléctrico uniforme dado por E=V/d, al introducir el dieléctrico, este se polariza y genera un campo eléctrico en sentido contrario al de las placas; disminuyendo su intensidad neta E=EO-ED. Si disminuye E, también disminuye V (son proporcionales cuando d es constante) por lo tanto, aumenta la capacidad (C=Q/V) Observaciones: 1.- Como, Q V se tiene la siguiente grafica En un grafico Q (V) el área bajo la curva me entrega la energía eléctrica 2.- Otras relaciones para la energía almacenada EJEMPLOS 1) Las placas paralelas de un condensador tienen 35 cm2 de área y están separadas, con aire, una distancia de 2,5 mm a) ¿Cuál es su capacidad? b) ¿Qué carga tienen las placas cuando se conecta a una fuente de 10 Volt? EJERCICIOS 1.- Las placas de un condensador tienen 0,08 m2 de área están separadas, con aire, una distancia de 4 mm a) Determina la capacidad del condensador b) Si se le aplica un voltaje de 103 Volt. ¿Cuánta carga adquieren sus placas? 2.- ¿Qué separación debe existir entre las placas de un condensador plano de área 2 cm2 que contiene papel como dieléctrico, para que su capacidad sea de 4 pF? K=3,7 3.- Determina la capacidad de un condensador, cuyas placas miden 20 cm x 3 cm y están separadas por aire, una distancia de 1 mm 4.- Si al condensador del ejercicio anterior se le conecta una fuente de 12 Volt; ¿Cuánta carga adquieren las placas? 5.- Determina la capacidad de un condensador formado por dos placas de 400 cm2 separadas por una lamina de papel de 1,5 mm? K=3,7 6.- ¿Cuánta energía puede almacenar un condensador de 2 pF conectado a 220 Volt? CONEXIÓN DE CONDENSADORES CONEXIÓN EN PARALELO DE CONDENSADORES CARACTERISTICAS • Las placas superiores están conectadas simultáneamente al polo positivo de la batería, debido a esto están al mismo potencial • las placas inferiores están conectas simultáneamente al polo negativo de la batería, debido a esto están al mismo potencial • Los voltajes individuales a través de los condensadores conectados en paralelo son los mismos e iguales al de la fuente CARACTERISTICA DE LA CONEXIÓN EN PARALELO Todos los condensadores presentan el mismo voltaje entre sus placas, mismo de la fuente V = V1 = V2 La carga total, corresponde a la suma de las cargas en cada condensador: Q = Q1 + Q2 Capacidad equivalente Ceq Q = V Ceq = C1 + C2 • La capacidad equivalente para la conexión en paralelo siempre es mayor que cualquiera de las capacidades individuales • Al agregar mas condensadores, la capacidad equivalente aumenta CONEXIÓN EN SERIE DE CONDESADORES CARACTERISTICAS • La batería transfiere e- desde la placa izquierda de C1 hasta la placa derecha de C2La placa izquierda de C1 se carga positivamente y la placa derecha de C2 se carga negativamente • En la placa derecha de C1 se induce carga negativa estas cargas negativas provienen de la placa derecha de C2, que debido a lo anterior se carga positivamente CARACTERISTICA DE LA CONEXIÓN EN SERIE • La carga es la misma en todos los condensadores • El voltaje total se divide en cada condensador Q = Q1 = Q2 V = V1 + V2 • La capacidad equivalente Ceq Q = V 1 1 1 = + Ceq C1 C2 Mientras mas condensadores se conecten en serie, menor es la capacidad equivalente Q Q V= V C -Además en una conexion en serie se cumple que -Sabemos que C= V=V1+V2 -Reemplazando los voltajes y sabiendo que la carga es la misma en todos los condesadores V= Q Q + C1 C2 -Factorizando por Q -Ordenando - El término - Entonces 1 1 V=Q + C C 2 1 V 1 1 = + Q C1 C2 V es elinverso de la capacidad equivalente Q 1 1 1 = + Ceq C1 C2 CONEXIÓN MIXTA Determine la capacidad equivalente entre a y b EJEMPLO: Según la conexión de condensadores de la figura, determine: a) Capacidad equivalente b) La carga total c) El voltaje en cada condensador EJEMPLO: Para la conexión de la figura: a) La capacidad equivalente b) La carga total del circuito c) El voltaje en C1 C4 d) El voltaje entre A y B e) La carga en C2 y C3 EJERCICIOS 1.a) b) c) Según el circuito de la figura, determina: Capacidad equivalente La carga total y la carga en cada condensador El voltaje en cada condensador 1.a) b) c) Según el circuito de la figura, determina: Capacidad equivalente La carga total y la carga en cada condensador El voltaje en cada condensador 3.- Determina la capacidad equivalente en los siguientes casos 4.a) b) c) d) Según el circuito, determina: Capacidad equivalente Carga total Voltaje en el condensador de 3μF Carga en cada condensador