Condensador

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Diferents tipos de condensadors

Un condensador ye un dispositibo que almadazena enerchía en o campo eletrico que s'establexe entre una parella de condutors que son cargatos pero con cargas eletricas oposatas. Istoricament os condensadors han adotato a forma d'una parella de laminas de metal, ya sían planas u arrullatas en un zelindro, pero de totas trazas entre cualsiquier parella de condutors en cualsiquier disposizión siempre se da o fenomén d'a capazitanzia.

Contenius

[editar] Istoria

Imachen de cuatre ampollas de Leiden

En otubre de 1745, Ewald Georg von Kleist de Pomerania (Alemaña) imbentó lo primer condensador. Yera una ampolla con augua e con un conductor aintro e salindo por a boca mientres que l'atro yera sostenito manualment sobre o bidre que feba d'aislant.

Un año dimpués o fesico neerlandés Pieter van Musschenbroek imbentó en a unibersidat de Leiden una maquina parellana mientres miraba d'eletrizar l'augua contenita en una ampolla, con un rebestimiento metalico interior que yera un d'os eletrodos e un atro esterior deseparato de l'anterior por o bidre. O imbento serba conoxito como l'ampolla de Leiden. Más tardi Daniel Gralath combinarba dibersas ampollas ta aumentar a carga almadazenata.

Benjamin Franklin imbestigó con ampollas de Leiden e podió contrimostrar que a carga yera almadazenata en o bidre e no en l'augua com s'eba pensato dica allora. A primera unidat de capazitanzia estió lo jar que equibaleba alto u baxo á un nanofarad.

O termín condensador lo emplegó por primera begata Alessandro Volta en 1782 (condensatore en italián) e fa referenzia á la calidat d'istos dispositibos t'almadazenar una densidat de carga eletrica muito más gran que no un condutor normal.

[editar] Descrizión

Diagrama d'un condensador de laminas paralelas.

Un condensador ye formato por dos eletrodos, u laminas, deseparatas por un dieletrico que ebita que as cargas eletricas pasen d'un eletrodo ta l'atro. As cargas pueden plegar dica las laminas por atros camins, por exemplo prozedents d'una batería, pero si se saca la batería as cargas continaran en as laminas. D'alcuerdo con a lai de Coulomb as cargas deseparatas por o dieletrico s'atrayen entre sí e se creya un campo eletrico entre as laminas. O condensador más simple consiste en dos laminas amplas deseparatas por una primera capa de material dieletrico.

Si asumimos que l'aria d'as laminas A ye muito más gran que a suya deseparazión d, allora o campo eletrico instantanio entre as laminas E(t) ye o mesmo que en cualsiquier punto entre as dos superfizies. Si a carga instantania se reparte regularment, tenemos

E(t) = -\frac{q(t)}{\varepsilon{}A},

á on \varepsilon ye a permitibitat d'o dieletrico.

O boltache v(t) entre as laminas biene dato por

v(t) = -\int_0^d E(t)\,\,\,\text{d}z = \frac{q(t)d}{\varepsilon{}A},

á on z ye un punto entre as laminas.

A capazitanzia d'un condensador de laminas, e por tanto, a cantidat d'enerchía que puet almadazenar o condensador, ye proporzional á la superfizie d'as laminas e imbersament proporzional á la distanzia entre istas. Tamién ye proporzional á la permitibidat d'o material dieletrico (ye dezir, no condutor) que desepara as laminas, ya sía bueito, aire u atros materials trigatos espezificament por a suya alta permitibidat eletrica.

[editar] Capazitanzia

A capazitanzia, C, ye una mida d'a cantidat de carga eletrica almadazenata en caguna d'as laminas ta un boltache dato

q(t) = Cv(t),

á on

C = \frac{\varepsilon{}A}{d}

ta un condensador ideyal de laminas

á on

C ye a capazitanzia en farads, F
ε ye a permitibidat d'o dieletrico emplegato
A ye l'aria de cada placa, mesurata en metros cuadratos
d ye a deseparación entre as placas, mesurata en metros

En unidaz d'o Sistema Internazional, a capazitanzia se mide en farads, un condensador tendrá una capazitanzia d'un farad cuan un coulomb de carga produze una esferenzia de potenzial d'un volt entre as laminas. Debito á que o farad ye una unidat muit gran, a balura d'un condensador s'esprisa á sobent en microfarads (μF), nanofarads (nF), u picofarads (pF). En cheneral, a capazitanzia será más gran si as laminas son muit grans e a distanzia que las desepara ye muit chicota.

[editar] Almadazenamiento d'enerchía

O mobimiento de cargas entre as laminas d'un condensador debito por una influyenzia esterna chenera un treballo. Cuan a influyenzia esterna desaparexe a deseparazión d'as cargas contina estando, de traza que bi abrá una enerchía almadazenata en o campo eletrico creyato por a presenzia d'as cargas. Si ye posible que as cargas tornen á la suya posizión d'equilibrio se podrá liberar a enerchía almadazenata. O treballo nezesario ta establir o campo eletrico, e a cantidat d'enerchía almadazenata, bendrá data por:

W(t) = -q(t) \int_0^d E(t) \text{d}z = {1 \over 2} {q(t)^2 \over C} = {1 \over 2} C v(t)^2 = {1 \over 2} {v(t) q(t)}

A cantidat masima d'enerchía que se podrá almadazenar en un condensador bendrá data por o limite d'o boltache de ruptura d'o dieletrico. En consecuenzia, toz os condensadors feitos con un determinato dieletrico tendran a posibilidat d'almadazenar alto u baxo a mesma densidat de carga (a mesma densidat d'enerchía) si o dieletrico ye a parti dominant d'o suyo bolumen. Cuentra más bolumen tenga o dieletrico más carga se podrá almadazenar en as laminas d'o condensador.

[editar] Abiellamiento

A capazitanzia de bels tipos de condensador disminuye en abiellar-se o material dieletrico. Os fautors más senificatibos que determinan l'abiellamiento son o tipos de dieletrico e as temperaturas de treballo e d'almadazenamiento, mientres que a tensión de treballo tien un efeuto muito más chicot. L'abiellamiento ye rebersible por meyo d'o calentamiento d'o component por denzima d'a temperatura de Curie. En o caso d'os condensadors zeramicos l'abiellamiento ye más rapedo á lo prenzipio d'a bida d'o component e dimpués s'estabiliza; d'atra man en os condensadors eletroliticos, o prozeso se produze á la fin d'a bida d'o component en ebaporar-se o eletrolito.

[editar] Funzionamiento en os zercuitos eletricos

Cuan se coneuta un condensador á una fuent de corrient, se transfiere una cantidat de carga á las suya placas seguntes un ratio definito por: i(t) = dq(t) / dt. Como lo boltache entre as placas ye proporzional á la carga, tenemos que:

v(t) = \frac{1}{C}q(t) = \frac{1}{C}\int_0^t i(\tau)\,\,\text{d}\tau.

E á la imbersa, si tenemos un condensador coneutato á una fuent de boltache, a corrient de desplazamiento bendrá data por:

i(t) = C\frac{\text{d}v(t)}{\text{d}t}.

Por exemplo, si coneutamos un condensador de 1000 µF á una fuent de boltache e puyamos o boltache seguntes un ratio de 2,5 volts por segundo, a corrient que pasará á trabiés d'o condensador estará:

i = C\frac{\text{d}v}{\text{d}t} = (1000 \times 10^{-6} \text{ F})(2,5 \text{ V/s}) = 2,5\text{ mA}.

En un zercuito de corrient contina (CC u, en anglés, direct-current, DC), un condensador actua como un zercuito ubierto: no li trabesa denguna corrient, encara que a esferenzia de potencial aplicata á lo prenzipio entre os suyos estremos puet serbir como una fuent d'enerchía ta o zercuito (encara que baxando de manera esponenzial). En corrient alterna (CA u, en anglés, alternating-current, AC), un condensador almadazena e libera enerchia ziclicament á lo dople d'a frecuenzia fundamental.

[editar] Condesadors con corrient contina

Un zercuito simple con una resistenzia e un condensador que amosta la carga d'iste

Un zercuito que contiene nomás una resistenzia, un condensador e una fuent de boltache que da una corrient contina constant vsrc(t) = V0 mesos en serie, ye conoxito como zercuito de carga. Seguntes a lai de Kirchhoff d'o boltache tenemos que:

V_0 = v_r(t) + v_c(t) = i(t)R + \frac{1}{C}\int_0^t i(\tau)\,\,\text{d}\tau,

á on vr(t) i vc(t) son, respeutibament, os boltaches en os estremos d'a resistenzia e d'o condensador. Si reduzimos a esprisión á una ecuazión diferenzial de primer orden, tenemos:

RC\frac{\text{d}i(t)}{\text{d}t} = - i(t)

Asumindo que o condensador no ye cargato inizialment, no tien garra campo eletrico interno, e que a corrient inizial ye I0 = V0 / R. Con istas condizions inizials podemos resolber a ecuazión diferencial como:

i(t) = \frac{V_0}{R}\exp\left(-\frac{t}{RC}\right).

A cayita de tensión entre os estremos d'o condensador ye:

v(t) = V_0\left[1-\exp\left(\frac{-t}{RC}\right)\right].

En consecuenzia, en puyar á carga en as placas d'o condensador tamién puyará o boltache e lo fa dica que plegue á un estato estazionario que corresponde á la balor de V0, estando a corrient allora zero. Tanto a corrient como a esferenzia de potenzial entre o condensador e a fuent cayen esponenzialment respeuto d'o tiempo. A constante de tiempo d'a cayita biene data por τ = RC.

[editar] Se beiga tamién

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