CAPACITANCIA
Almacenando Carga Eléctrica
La capacitancia es la capacidad que tiene un cuerpo o sistema para almacenar carga eléctrica.
Es como una especie de "batería" que puede acumular energía eléctrica.
la capacitancia es una propiedad fundamental de los materiales que nos permite almacenar energía eléctrica y realizar una amplia variedad de funciones en los circuitos electrónicos.
un ejemplo
Relacionamos dos placas metálicas paralelas separadas por un material aislante (dieléctrico). Si conectamos estas placas a una batería, una placa se cargará positivamente y la otra negativamente. Esta separación de cargas crea un campo eléctrico entre las placas por lo que la cantidad de carga que se puede almacenar y da como resultado de estas placas una determinada diferencia de potencial (voltaje) es lo que llamamos capacitancia.
Elementos clave de la capacitancia:
Condensador: Es el dispositivo más común para almacenar carga eléctrica. Está formado por dos conductores separados por un dieléctrico.
Faradio: La unidad de medida de la capacitancia es el faradio (F). Un faradio es una capacitancia muy grande, por lo que en la práctica se utilizan submúltiplos como el microfaradio (μF) o el nanofaradio (nF).
Dieléctrico: Es el material aislante que se encuentra entre las placas de un condensador. Su presencia aumenta la capacitancia del condensador.
Fórmula de la capacitancia:
C = Q / V
donde:
Q: Carga eléctrica almacenada (en culombios)
V: Diferencia de potencial (voltaje) entre las placas (en voltios)
C: Capacitancia (en faradios)
¿Para qué sirve la capacitancia?
Almacenamiento de energía: Los condensadores se utilizan en una amplia variedad de dispositivos electrónicos para almacenar energía eléctrica de forma temporal.
Filtros: Los condensadores se utilizan en circuitos electrónicos como filtros para bloquear ciertas frecuencias y permitir el paso de otras.
Temporización: Los condensadores se utilizan en circuitos de temporización para crear retrasos o oscilaciones.
Sintonización: Los condensadores se utilizan en circuitos de sintonización para seleccionar una frecuencia específica de una señal.
ejercicios
Cálculo de la capacitancia: Un condensador almacena una carga de 5 × 10⁻⁶ C cuando se aplica una diferencia de potencial de 20 V. ¿Cuál es su capacitancia?
Solución: C = Q / V = 5 × 10⁻⁶ C / 20 V = 2, 5 × 10⁻⁷ F = 0, 25 μF.
Cálculo de la carga: Un condensador de 10 μF se conecta a una batería de 12 V. ¿Qué carga se almacena en el condensador?
Solución: Q = C × V = 10 × 10⁻⁶ F × 12 V = 1,2 × 10⁻⁴ C.
Cálculo del voltaje: Un condensador de 500 pF tiene una carga de 2. 5 × 10⁻⁹ C. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre sus placas?
Energía almacenada: Un condensador de 20 μF se carga a una diferencia de potencial de 500 V. ¿Cuánta energía se almacena en el condensador?
Solución: E = ½ × C × V² = ½ × 20 × 10⁻⁶ F × (500 V)² = 2, 5 J.
Condensador de placas paralelas: Un condensador de placas paralelas tiene un área de 0, 02 m² y una separación entre placas de 1 mm. Si el dieléctrico es el aire (ε₀ = 8. 85 × 10⁻¹² F/m), ¿cuál es su capacitancia?
Solución: V = Q / C = 2,5 × 10⁻⁹ C / 500 × 10⁻¹² F = 5 V.
Solución: C = ε₀ × A / d = 8. 85 × 10⁻¹² F/m × 0. 02 m² / 0. 001 m = 1. 77 × 10⁻¹¹ F = 17. 7 pF.