REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIONINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIOEXTENCION SAN CRISTOBAL

CONDENSADORES DEFINICION Bsicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energa en forma de campo elctrico. Est formado por dos armaduras metlicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dielctrico. Tiene una serie de caractersticas tales como capacidad, tensin de trabajo, tolerancia y polaridad, que deberemos aprender a distinguir. En la versin ms sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separacin, en cuyo caso se dice que el dielctrico es el aire. CAPACIDAD Lacapacidadde un condensador se define como la razn entre su carga y la diferencia de potencial. C es la constante llamadafarady corresponde a un (coul)2/julio. Entonces, la capacidad de un condensador es un Faradio si para una diferencia de potencial de un voltio entre los conductores, la carga transmitida de uno a otro es de un columbio. Esta constante depende de la geometra de las placas. Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submltiplos, tales como microfaradios (F=10-6 F), nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).

DESCRIPCION CAPACIDAD NOMINAL.- Es el valor terico esperado al acabar el proceso de fabricacin. Se marca en el cuerpo del componente mediante un cdigo de colores o directamente con su valor numrico. TOLERANCIA.- Diferencia entre las desviaciones, de capacidad, superiores o inferiores segn el fabricante. TENSIN NOMINAL.- Es la tensin que el condensador puede soportar de una manera continua sin sufrir deterioro.

CAMPO ELECTRICO Un condensador acumula una energaUen forma de campo elctrico. La frmula como demostraremos ms abajo es

Para cargar un condensador pasamos carga de la placa de menor a la de mayor potencial y requiere, por tanto, el consumo de energa. Imaginemos que el proceso de carga comienza con ambas placas completamente descargadas y despus, sacamos repetidamente cargas positivas de una de ellas y las pasamos a la otra. En un momento dado, tendremos una cargaqen las placas y la diferencia de potencial entre las mismas serVtal queq=CVEltrabajo necesariopara incrementar endqla carga del condensador serdW=Vdq El trabajo total realizado en el proceso de carga, mientras esta aumenta desde cero hasta su valor finalQ.

ASOCIACIONES DE CONDENSADORES

Asociacin serie general.

Asociacin paralelo general.Los condensadores pueden asociarse en serie, paralelo o de forma mixta. En estos casos, la capacidad equivalente resulta ser para la asociacin enserie:

y para la asociacin enparalelo:

Es decir, el sumatorio de todas las capacidades de los condensadores conectados en paralelo.Es fcil demostrar estas dos expresiones, para la primera solo hay que tener en cuenta que la carga almacenada en las placas es la misma en ambos condensadores (se tiene que inducir la misma cantidad de carga entre las placas y por tanto cambia la diferencia de potencial para mantener la capacitancia de cada uno), y por otro lado en la asociacin en "paralelo", se tiene que la diferencia de potencial entre ambas placas tiene que ser la misma (debido al modo en el que estn conectados), as que cambiar la cantidad de carga. Como esta se encuentra en el numerador () la suma de capacidades ser simplemente la suma algebraica.Tambin vale recordar que el clculo de la capacidad equivalente en paralelo es similar al clculo de laresistenciade dos dispositivos en serie, y la capacidad o capacitancia en serie se calcula de forma similar a la resistencia en paralelo.

IDENTIFICACIN CON CONDENSADORES

ENERGIA ALMACENADACuando aumenta la diferencia de potencial entre sus terminales, el condensador almacenacarga elctricadebido a la presencia de uncampo elctricoen su interior; cuando esta disminuye, el condensador devuelve dicha carga al circuito. Matemticamente se puede obtener que la energa, almacenada por un condensador con capacidad, que es conectado a una diferencia de potencial, viene dada por:Frmula para cualesquiera valores de tensin inicial y tensin final:Dondees la carga inicial.es la carga final.es la tensin inicial.es la tensin final.Este hecho es aprovechado para la fabricacin dememorias, en las que se aprovecha la capacidad que aparece entre la puerta y el canal de lostransistoresMOSpara ahorrar componentes.

REACTANCIA Los condensadores prismticos son condensadores del tipo seco, con una gama que cubre todos los rangos de potencias y tensiones, a 50 y a 60 Hz. Su diseo, as como los procesos de fabricacin y ensayo, hacen que los condensadores con tecnologa prismtica presenten un gran nivel de calidad y una gran longevidad. Los condensadores tubulares CLZ son condensadores en envolvente tubular, del tipo seco, que cubren una amplia gama de potencias y tensiones tanto a 50 como 60 Hz. Su sistema de diseo, as como los procesos de fabricacin y ensayo, hacen que los condensadores tubulares CLZ presenten un gran nivel de calidad y una gran longevidad.En electrnica se denomina reactancia a la oposicin ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) o condensadores y se mide en Ohmios. Los otros dos tipos bsicos de componentes de los circuitos, transistores y resistores, no presentan reactancia.Cuando circula corriente alterna por alguno de estos dos elementos que contienen reactancia la energa es alternativamente almacenada y liberada en forma de campo magntico, en el caso de las bobinas, o de campo elctrico, en el caso de los condensadores.Esto produce un adelanto o atraso entre la onda de corriente y la onda de tensin. Este desfasaje hace disminuir la potencia entregada a una carga resistiva conectada luego de la reactancia sin consumir energa. LA REACTANCIA CAPACITIVA es el tipo de reactancia que se opone al cambio del voltaje por lo cual se dice que la corriente (i) adelanta al voltaje (v) por 90, por lo cual al representar este desfasamiento en un diagrama de onda sinodal y/o de fusores la corriente ir 90 adelante del voltaje.LA REACTANCIA INDUCTIVA es lo contrario a la capacitiva, en este caso la corriente ser la que sea adelantada por el voltaje puesto que la reactancia inductiva se opone a los cambios de voltaje.

En este diagrama de fasores se observa perfectamente como entre los dos tipos de reactancia entre el voltaje y la corriente por lo general hay 90 de diferencia.

INTERPRETACIN, ANALISIS Y GRFICAS DE FUNCIONES, CONSTANTES Y VARIABLES MATEMTICAS ASOCIADAS A LA CAPACITANCIA.Los capacitores son dispositivos formados por dos placas metlicas separadas por un aislante llamado dielctrico. Tiene como funcin almacenar cargas elctricas para su posterior utilizacin.

Ellos son utilizados, frecuentemente, en una variedad de circuitos elctricos que mencionaremos a continuacin: En los radios receptores se encargan de sintonizar la frecuencia. Eliminan los chispazos en los sistemas de encendido de los automviles. Son usados en los filtros de las fuentes de poder. Sirven como dispositivos de almacenamiento de energa en las unidades electrnicas de destello.

En otras palabras los capacitores Se definen como la razn entre la magnitud de la carga de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos.La capacitancia siempre es una cantidad positiva y puesto que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga almacenada se incrementa, la proporcin Q / V es constante para un capacitor dado. En consecuencia la capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad para almacenar carga y energa potencial elctrica.La capacitancia tiene la unidad del SI coulomb por volt. La unidad de capacitancia del SI es elfarad(F), en honor a Michael Faraday.CAPACITANCIA = 1F =1C1 VEl farad es una unidad de capacitancia muy grande. En la prctica los dispositivos comunes tienen capacitancia que varan de microfarads a picofarads.La capacitancia de un dispositivo depende entre otras cosas del arreglo geomtrico de los conductores.Si en la ecuacin de capacitancia de un condensador, expresamosq en Coulomb yVen voltios, tenemos que la capacidad se expresa en Coulomb /Voltio. Esta relacin es llamada Farad o Faradio, que es la unidad de capacidad en el S.I.El Farad es una unidad muy grande, por esta razn son usados los submltiplos del Farad: Milifarad - 1mF=103F Microfarad - 1uF =10-6 Nanofarad - 1uF =10-9Picofarad - 1pF =10-12

PROBLEMA 1Un capacitor de placas paralelas tiene un rea A = 2.00 * 10-4 m2 y una separacin de placa d =1.00mm. encuentre su capacitancia.C =oAdC = (8.85*10-12C2/N* m2) (2.00*10-4 m2 /1.00*10-3m)C =1.77 * 10-12 F =1.77 pFSi la separacin se incrementa a 3.00mm determine la capacitanciaC = (8.85*10-12C2/N* m2) (2.00*10-4 m2 /3.00*10-3m)C =0.590 pFPROBLEMA 2Las placas de un capacitor de placas paralelas miden 2.0 cm * 3.0 cm y estn separadas por un espesor de papel de 1.0 mm.Determine la capacitancia de este dispositivo.(puesto que K =3.7 para el papel)C =KoAD:?C =3.7 (8.85*10-12C2/N* m2) (6.0*10-4 m2 /1.0*10-3m)C =20 * 10-12 F =20 PfUNA ASOCIACIN MIXTA DE CONDENSADORES ES AQUELLA DONDE APARECEN CONDENSADORES ASOCIADOS EN SERIE UNIDOS A CONDENSADORES ASOCIADOS EN PARALELO.

Un circuito que contenga a los condensadores C1 y C2 en paralelo entre s, y a su vez, estn en serie con el condensador C3. Para resolver dicho problema debemos seguir los siguientes pasos:a)Calculamos primero el condensador equivalente de la asociacin en paralelo (C1 y C2), la cual llamaremos C12En donde: C12 = C1 +C2C12 = 4uF + 3uFC12 = 7uF

C12 quedara en serie con el condensador C3.

b)Por estar en serie C12 y C3 el inverso de la capacidad equivalente es igual a la suma de los inversos de las capacidades parciales.

Utilizando la relacin:

1/c = 1/C12 + 1/C341/C = 1/ 7uF + 1/ 2uF = 9/ 14uFC = 1,55uF

Problemas Propuestos

a)Se tienen tres condensadores en serie de 0,3F; 0,7 F y 1 Fde capacidad. Si la batera est cargada a 1000 V, Calcular la carga y la diferencia de potencial de cada condensadorR= 1,7.10-4C; 566,6 V; 242,85 V y 170 V

b)Dos condensadores iguales se asocian en paralelo y se cargan al potencial de 1000 voltios. Calcular la capacidad de cada condensador sabiendo que la energa almacenada es de 2 JR= 2F

COMBINACIN O ASOSIACIN DE CAPACITADORES Dos o ms condensadores pueden ser asociados para formar uno de capacidad equivalente. Se denomina capacidad equivalente, a la capacidad total de una asociacin de condensadores.Segn la forma en que se dispongan las conexionesentre las diferentes armaduras se obtienen tres tiposde asociaciones Asociacin en paralelo. Asociacin en serie. Asociacin mixta.

FORMAS DE ONDA En la mayor parte de los anlisis que se han realizado hasta el momento se han utilizado fuentes continuas, es decir, cuyo valor es independiente de la variable tiempo. Al introducir fuentes cuyas caractersticas dependen del tiempo se abren una serie de nuevas posibilidades a la utilizacin de los circuitos elctricos, entre las que se encuentra la transmisin de informacin, que puede lograrse mediante la variacin de la amplitud, la frecuencia o la fase de una seal con respecto al tiempo, los mecanismos de control, que se basan en el comportamiento dinmico de los sistemas, esto es, en la variacin con respecto al tiempo de magnitudes fsicas importantes en dichos sistemas,etc. Simplemente cuando se cierra un interruptor de luz se hace cambiar el voltaje aplicado a una lmpara en un intervalo muy corto de tiempo, y este fenmeno puede tener repercusin en otros sistemas elctricos.Hay una gran variedad de Formas de Onda que pueden representar la variacin de un voltaje o de una corriente en un circuito elctrico, pero existe un grupo de ellas que aparecen muy frecuentemente en el anlisis de circuitos elctricos, por lo que en los siguientes puntos se van a mencionar en detalle. Dichas Formas de Onda incluyen la Funcin Escaln Unitario, la Funcin Rampa Unitaria, la Funcin Impulso Unitario, la Funcin Exponencial y la Funcin Sinusoidal. Seales con forma de onda constante Las fuentes que presentan una seal constante en el tiempo, reciben el nombre de fuentes de continua. As mismo a los circuitos que solo tengan fuentes de continua, les llamaremos circuitos de continua, en los que todas las corrientes y tensiones sern constantes en el tiempo. En este tipo de circuitos solo tendremos resistencias como elementos pasivos. Seales con forma de onda peridica A las seales que no son constantes les llamaremos seales variables en el tiempo, las cuales tendrn su correspondiente forma de onda. De las cuales destacaremos en primer lugar las que cumple la condicin de ser peridicas, es decir, hay un intervalo de tiempo y por tanto una porcin de la onda que se repite continuamente.