¿Cómo funciona un capacitor?

¿Cómo funciona un capacitor?

 

¿Qué es el condensador?

El condensador también se conoce como condensador. Este es uno de los componentes pasivos como la resistencia. El condensador generalmente se usa para almacenar la carga. En el condensador, la carga se almacena en forma de “campo eléctrico”. Los condensadores juegan un papel importante en muchos circuitos eléctricos y electrónicos.

 condensadores

En general, un condensador tiene dos placas de metal paralelas que no están conectadas entre sí. Las dos placas en el condensador están separadas por medio no conductor (medio aislante), este medio se conoce comúnmente como dieléctrico.

Hay diferentes tipos y formas diferentes de condensadores disponibles, desde condensadores muy pequeños que se usan en circuitos de resonancia hasta condensadores grandes para estabilizar líneas HVDC. Pero todos los condensadores están haciendo el mismo trabajo que almacena la carga eléctrica.

La forma de un condensador es de forma rectangular, cuadrada, circular, cilíndrica o esférica. A diferencia de una resistencia, un condensador ideal no disipa la energía. Como los diferentes tipos de condensadores están disponibles, hay diferentes símbolos disponibles para representarlos, que se muestran a continuación.

 Símbolos del condensador

¿Por qué los condensadores son importantes?

Los condensadores tienen muchas propiedades como

  1. Pueden almacenar la energía y pueden disipar esta energía al circuito cuando sea necesario.
  2. Pueden bloquear CC y permitir que la CA fluya a través de él, y esto puede acoplar uno parte del circuito con el otro.
  3. Los circuitos con condensadores dependen de la frecuencia, por lo que se pueden usar para am Afectar ciertas frecuencias.
  4. Como los condensadores cuando se aplican con entrada de CA, la corriente conduce el voltaje y, por lo tanto, en las aplicaciones de potencia aumenta la potencia de carga de pago y la hace más económica.
  5. permite altas frecuencias y puede usarse como filtros para filtrar bajas frecuencias o para recoger altas frecuencias.
  6. Como la reactancia y la frecuencia del condensador están inversamente relacionadas, esto puede usarse para aumentar o disminuir la impedancia del circuito a cierta frecuencia y puede usarse como filtro.

Del mismo modo, los condensadores exhiben muchas propiedades cuando se usan en circuitos de CA o CC y, por lo tanto, juegan un papel importante en los circuitos eléctricos y electrónicos.

Construcción de un condensador

Como se dijo anteriormente, existen diferentes tipos de condensadores. Estos diferentes tipos tendrán diferentes tipos de construcción. Un condensador de placa paralelo es el condensador más simple. Vamos a entender la construcción de este condensador.

Consiste en dos placas de metal separadas por una distancia. El espacio entre estas dos placas está lleno de un material dieléctrico. Los dos cables del condensador se toman de estas dos placas.

La capacidad del condensador depende de la distancia entre las placas y el área de las placas. El valor de capacitancia se puede cambiar variando cualquiera de estos parámetros.

Se puede construir un condensador variable haciendo que una de estas placas sea fija y otra en movimiento.

Dieléctrico de un condensador

El dieléctrico actúa como un material aislante entre las placas. El dieléctrico puede ser cualquier material no conductor como cerámica, papel encerado, mica, plástico o alguna forma de gel líquido.

El dieléctrico también juega un papel importante al decidir el valor de la capacitancia. A medida que se introduce el dieléctrico entre las placas del condensador, su valor aumenta.

Diferentes materiales dieléctricos tendrán diferentes constantes dieléctricas, sin embargo, este valor es & gt; 1.

valor de la constante dieléctrica para cada material dieléctrico

 table

El dieléctrico puede ser de dos tipos

  1. Dieléctricos polares: Estos dieléctricos tendrán un movimiento dieléctrico permanente
  2. Dieléctricos no polares: Estos tendrán un momento dieléctrico temporal. Al colocarlos en un campo eléctrico, pueden inducirse con momentos dipolares.

Permitividad compleja

El producto de la permitividad relativa (εr) del material dieléctrico y la permitividad del espacio libre (εo) es conocida como “permitividad compleja” o “permitividad real” del material dieléctrico. La expresión para la permitividad compleja se da de la siguiente manera,

ε = ε0 * εr

El valor de la permitividad compleja siempre será igual a la permitividad relativa, porque la permitividad del espacio libre es igual a ‘uno’. El valor de la constante dieléctrica o la permitividad compleja varía de un material dieléctrico a otro.

Algunos valores estándar de permitividad compleja (ε) para materiales dieléctricos comunes son Aire = 1.0005, Vacío puro = 1.0000, Mica = 5 a 7, papel = 2.5 a 3.5, madera = 3 a 8, vidrio = 3 a 10 y polvo de óxido de metal = 6 a 20 y etc.

los condensadores se pueden clasificar de acuerdo con las propiedades y características de sus aislantes o material dieléctrico, se dan a continuación como

  1. High Stability & amp; Condensadores de baja pérdida: los condensadores de Mica, Low-K Ceramic y Polystyrene son ejemplos de este tipo.
  2. Medium Stability & amp; Condensadores de pérdida media: papel, película plástica y condensadores de cerámica High-K son ejemplos de este tipo.
  3. Condensadores polarizados: el ejemplo de este tipo de condensadores es electrolítico, tántalo.

Trabajo

Como se dijo antes, el condensador consta de dos conductores separados por un dieléctrico, cuando existe una diferencia de potencial entre los dos conductores se desarrolla potencial eléctrico. Esto hace que el capacitor se cargue y descargue.

Comprendamos esto de una manera práctica. Cuando el condensador está conectado a una batería (una fuente de CC), la corriente comienza a fluir a través del circuito.

Así, la carga negativa se acumula en una placa y la carga positiva se acumula en la otra placa. Este proceso continúa hasta que la tensión del condensador alcanza la tensión de alimentación.

Cuando la tensión de carga es igual a la tensión de alimentación, el condensador deja de cargarse aún cuando la batería esté conectada. Cuando se quite la batería, se acumularán dos placas con cargas positivas y negativas. Por lo tanto, la carga se almacena en el condensador.

Pero cuando la fuente de alimentación proviene de una fuente de CA, se carga y descarga continuamente. La velocidad de carga y descarga depende de la frecuencia de la fuente.

Ejemplo

Trabajar puede ser entendido usando un ejemplo simple aquí. El circuito inferior muestra dos interruptores A y B. Cuando el interruptor 1 está cerrado, la corriente comienza a fluir desde la batería al condensador. Cuando el voltaje del condensador alcanza la tensión de alimentación, deja de cargarse aún más.

 carga del condensador

Ahora conecte el interruptor a la posición B. Ahora puede observar que el LED comienza a brillar y esto desaparece lentamente a medida que el capacitor se está descargando.

descargando

La capacitancia del condensador está dada por

C = KεA/d

o

C = εA/4πd

o

C = εo * εr (A/d)

Donde,

C-Capacitancia del condensador

A-Área entre las placas

D-Distancia entre las dos placas

εo-Permittividad del espacio libre

εr-Permisividad relativa.

K-Constante dieléctrica

Capacitancia de un condensador

La capacitancia es la propiedad del condensador que define la cantidad máxima de carga eléctrica almacenada en él. Existe en la naturaleza en todas partes.

La capacitancia puede variar dependiendo de la forma del condensador. La capacitancia se puede calcular utilizando la geometría de los conductores y las propiedades del material dieléctrico. Veamos la capacitancia de un condensador de placas paralelas.

La capacitancia se define como la relación de carga (Q) en cualquiera de las placas a la diferencia de potencial (V) entre ellas,

C = Q/V,

Así se puede obtener la corriente como

I (t) = C [d (v)/d (t)]

Esto se puede expresar Farads (F) que lleva el nombre del físico inglés Michael Faraday.

De la definición anterior podemos observar que la capacitancia es directamente proporcional a la carga (Q) y es inversamente proporcional a la tensión (V).

La capacitancia del condensador se puede aumentar aumentando el número de placas, lo que ayuda a mantener el mismo tamaño del condensador. condensador. Aquí, el área de las placas aumenta.

Unidades estándar de capacitancia

Generalmente Farad es un valor alto, por lo que la capacitancia se expresa como subunidades de capacitor en tiempo real, como micro faradios (uF), nano faradios ( nF) y pico farads (PF).

La mayoría de las aplicaciones eléctricas y electrónicas están cubiertas por los siguientes prefijos de unidad estándar (SI) para facilitar los cálculos,

  • 1 mF (milli farad) = 10-3 F = 1000 μF = 1000000 nF
  • 1 μF (microfaradio) = 10-6 F = 1000 nF = 1000000 pF
  • 1 nF (nano faradio) ) = 10-9 F = 1000 pF
  • 1 pF (picofaradio) = 10-12 F

Para convertir μF en nF o pF o en una amplia gama de otras unidades y viceversa, necesitamos usar el Convertidor de Unidad de Capacitancia Eléctrica.

Clasificación de Voltaje de un Condensador

Esto no es voltaje hasta que el capacitor carga sino la tensión máxima hasta que el condensador puede operar de manera segura. Esta tensión se denomina tensión de trabajo (WV) o tensión de trabajo de CC (DC-WV). La figura inferior muestra la tensión nominal del condensador.

DSC01111

Si el condensador se aplica con un voltaje mayor que este voltaje, puede dañarse produciendo un arco entre las placas debido a la ruptura dieléctrica.

Al diseñar los circuitos con condensadores, se debe tener cuidado de tal manera que la capacidad de voltaje del condensador sea mayor que el voltaje utilizado en el circuito. Por ejemplo, si el voltaje de funcionamiento del circuito es de 12 V, entonces es necesario elegir un condensador con una tensión nominal de 12 V o superior.

Esta tensión de trabajo de un condensador depende de factores como el material dieléctrico utilizado entre las placas del condensador, espesor dieléctrico y también en el tipo de circuito que se usa.

 

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