Condensador eléctrico y capacidad, conceptos, tipos, características y 6 ejercicios resueltos

Condensador eléctrico y capacidad es uno de los temas que se estudian en física de 5to año y en carreras técnicas y universitarias asociadas con electricidad y electrónica.

Hoy quiero explicar varios conceptos, características, los tipos de condensadores y finalmente resolver 6 ejercicios relacionados con este tema.

Si aún no haz leído el post anterior sobre el movimiento circular uniforme, acá abajo te dejaré un enlace, te puede interesar leerlo.

Condensador eléctrico, ¿Qué es?

No es más que un dispositivo que ha sido creado por el hombre que tiene por función la de almacenar cargas eléctricas para ser utilizadas posteriormente.

Podemos asegurar, que internamente los condensadores están constituidos por cuerpos conductores, con cargas eléctricas de igual magnitud pero con signos opuestos y para que se mantengan las cargas separadas se separa a los dos conductores con un material aislante que recibe el nombre de dieléctrico (Ke), y este funciona muy bien bajo temperaturas ambiente y dentro de campos eléctricos fijos.

Partes de un condensador eléctrico

Las partes de un condensador están dadas según el tipo y modelo. La mayoría de estos viene por dos extremos conductores para carga positiva y carga negativa, un forro plástico en el caso del electrólítico.

Internamente viene con un dieléctrico (Ke), que puede variar según el diseño, los electrolíticos su cubierta externa es de aluminio y los demás pueden variar entre cerámico, poliestireno, milar, mica entre otros que te explicaré más abajo.

Lista de Constantes Dieléctricas usadas en un condensador eléctrico

Esta lista de constantes dieléctricas o Ke, dependen principalmente de la sustancia entre las placas, de la temperatura y del campo eléctrico fijo que las rodea.

• Vacío = 1
• Aire = 1,00054
• Agua = 78
• Baquelita = 4,8
• Cuarzo = 3,8
• Caucho = 2 a 3,5
• Ebonita = 2,8
• Porcelana = 6,5
• Vidrio Pyrex = 4,5
• Polietileno = 2,3
• Teflón = 2,1
• Mica = 5,4
• Aceite de Piranol = 4,5
• Papel = 3,5
• Madera = 2,5 a 7,7
  

¿Cómo funciona un condensador?

Un condensador eléctrico, mayormente es utilizado en una variedad de circuitos eléctricos, como por ejemplo:

• Radios o equipos reproductores, funcionan almacenando energía y contribuyendo con la sintonización de las frecuencias de radio.
• Por otro lado, se usan en autos para eliminar los chispazos en los sistemas de encendido de los automóviles, también en fuentes de poder de computadoras como filtros.
• Además, en bombillos de luz ahorradores y en sistemas de iluminación electrónica por destellos.

6 Características de un Condensador eléctrico

Entre sus características más comunes están las siguientes:

1.- Almacenar energía a través de cargas cargas eléctricas.

2.- Los electrones al conectarse a una red eléctrica o a un voltaje determinado, viajan de una placa a la otra hasta que esta queda cargada eléctricamente negativa.

3.- En el mundo de la electrónica se les puede llegar a conocer en dos grupos: fijos y variables.

4.- A mayor área o superficie posea el condensador su capacidad aumentará

5.- Si la distancia entre dos armaduras de un condensador eléctrico se reduce aumenta la capacidad eléctrica.

6.- Al aumentar el dieléctrico aumenta la capacidad de un condensador.

Condensador Eléctrico Tipos

Como mencionaba antes en el mundo de la electrónica y ramas de aplicaciones con estos elementos, tenemos disponible la mayoría de los condensadores asociados en 2 grupos: Condensadores fijos y variables.

Verdaderamente existe en el mercado de partes de electrónica muchos modelos de condensadores fijos, que se les conoce así porque su rango de almacenamiento se limitado a la capacidad para la que fue diseñado en cambio que un condensador variable, tienes la posibilidad de ir cambiando su capacidad de almacenamiento y liberación de energía con simplemente una perilla de regulación.

Entre los condensadores fijos están la mayor cantidad de condensadores eléctricos, entre ellos tenemos:

• Cerámico
• Papel
• Electrolítico
• Bipolar
• Poliestireno
• Poliester
• Pasante
• Policarbonato
• Electrolito tántalio
• Milar
• Mica.

En cambio por otro lado están los condensadores variables:

• Trimmer
• Variable

Múltiplos de Capacidad de un condensador eléctrico

La capacidad se refiere a la magnitud en la que se expresa la unidad de un condensador: Es decir, la capacidad de un condensador se mide en Faradios, pero también implica que existen unos submúltiplos.

Por la razón, que un faradio es una unidad más grande y en otras aplicaciones se quiere un condensador que cuando reciba una carga de 1 coulomb entre sus armaduras, adquiriese unicamente la diferencia de potencial de 1 voltio.

Por tal motivo, se usan los submúltiplos del Faradio, que son los siguientes:

• Milifaradio = 10^-3 F
• Microfaradio = 10^-6 F
• Nannofaradios = 10^-9 F
• Picofaradios = 10^-12 F

En cuanto a como se resuelven los ejercicios de condensadores te invito a que veas los siguientes casos, te pueden ayudar en tus estudios con física y especialmente con el tema de capacidad eléctrica.

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6 Ejercicios Resueltos de Condensadores eléctricos

1.- Se tiene un condensador plano formado por dos láminas paralelas, de área 0,6.10⁵mm², separadas entre si 3 mm. Si se le conecta a una diferencia de potencial de 220 voltios, calcular:

a) La capacidad inicial

b) La carga sobre cada lámina

c) La nueva capacidad, cuando al interponer un dieléctrico, la diferencia de potencial disminuye a 600 voltios.

2.- Calcular el área de las placas de un condensador plano de capacidad 4,4 pF, sabiendo que entre sus armaduras hay 4 mm y tiene aire como dieléctrico.

3.- Un condensador plano tiene una capacidad de 16.10^-9 faradios las armaduras tienen un área común de 1,6m². Calcular la distancia entre las armaduras.

4.- Un condensador plano tiene una capacidad de 25.10^-8 Faradios distancia que separa a las armaduras es de 0,84 mm y entre ellas un dieléctrico cuya constante es igual a 3,8. Calcular el área común de las armaduras.

5.- Dos condensadores; C₁ = 5 μF y C₂ = 15μF, están conectados en derivación a una diferencia de potencial de 300 voltios. Calcular la capacidad total y la carga de cada uno de ellos.

6.- Cada uno de los condensadores que forman el esquema adjunto tiene una capacidad de 4pf Calcular la capacidad total.

5 Ejercicios Propuestos de Condensadores en Serie, Paralelo y Mixto

1.- Dos condensadores; C₁ = 3 μF y C₂ = 9μ F, están conectados en derivación a una diferencia de potencial de 250 voltios. Calcular la capacidad total y la carga de cada uno de ellos.

2.- Se conectan en derivación dos condensadores de C₁ = 4.10-8 farad y C₂ = 8.10-8 farad. La carga total es de 2.10-3 coul. Cal cular: a) La capacidad total; b) La carga de cada condensador.

3.- Un condensador de C₁ = 3 μF se monta en serie con otro cuya capacidad se quiere calcular, sabiendo que admite una carga de 16.10-4 coul, cuando en los extremos de la serie hay una diferencia de potencial de 800 voltios.

4.- Cada uno de los condensadores que forman una asociación en serie, tienen una capacidad de 6pf. Calcular la capacidad total.

5.- Calcular la capacidad de un condensador plano, sabiendo que área común de las armaduras es de 0,45 m² y la distancia entre ella 3mm.