¿Cómo funciona un condensador?

Principio de funcionamiento de un condensador

Definición de condensador

El condensador es un componente o dispositivo electrónico pasivo capaz de almacenar carga con un cierto nivel de voltaje en dos placas o superficies conductoras, separadas por un material aislante o sustancia dieléctrica.

Construcción de condensador de placa

El condensador se construye usando dos superficies o placas conductoras y un material aislante (es decir, dieléctrico como mica, papel, aire, etc.) entre estas dos superficies.

Hablando de circuitos eléctricos.

Comencemos hablando de circuitos eléctricos y de condensadores.

Si pensamos en un circuito como una carretera, entonces el movimiento de la carga es como el movimiento de los automóviles a lo largo de la carretera.

.
En el caso de una carretera con baches, la velocidad de los automóviles se reduce, pero los automóviles continúan viajando hacia su destino previsto. En el caso de un circuito eléctrico, el calor es generado por una resistencia, lo que resulta en una pérdida de energía. Como se trata de información de nivel básico, eliminaría esta referencia al calor Joule, ya que es demasiado técnico.

Una fuente de alimentación es un dispositivo que proporciona una diferencia potencial de voltaje E [V] en los dos extremos donde está conectado. Es lo mismo que un automóvil que es llevado automáticamente por un elevador a la posición de altura t [m] sin usar su propia potencia (¿cuál es el significado básico de t (m)

Entonces, ¿qué son los condensadores?
Hablemos ahora de casos en los que se han conectado condensadores a las fuentes de alimentación.

El condensador almacena una carga. Si utilizamos la misma analogía del circuito y la carretera, un condensador será un estacionamiento. El mismo número de cargas siempre se almacena en los lados positivo y negativo en un circuito electrónico.

El indicador utilizado para expresar el grado en que un capacitor puede almacenar una carga se conoce como capacitancia electrostática, y esto se puede calcular utilizando la ecuación (1).
Como se desprende de la ecuación (1), la capacitancia electrostática puede aumentarse aumentando el área de superficie del electrodo S, acortando la distancia entre los electrodos y usando materiales que tienen una alta constante dieléctrica.

De acuerdo con el Sistema Internacional de Unidades (SI), F (faradio) se usa como la unidad de capacitancia electrostática. La capacidad producida si se almacena una carga de 1C (coulomb) cuando se aplica un voltaje de 1V (diferencia de potencial) a un conductor se define como 1F.

Lo que le sucede a la carga almacenada en un condensador es que cuando el interruptor S1 está en OFF y el interruptor S2 en ON, una corriente fluirá hacia la carga.

Gracias a la presencia de un condensador, una bombilla se encenderá de manera estable incluso si la tensión de alimentación es inestable. Cuando se aplica un voltaje de 10 V a un condensador de 1 µF, la energía almacenada en el condensador es de 50 W e incluso cuando la energía está apagada, la energía se suministrará desde el condensador para que funcione un aparato eléctrico con una clasificación de 50 W un segundo.

Un condensador no permite que la corriente directa pase a través de él, pero cuando se repiten la carga y la descarga, una corriente de carga y una corriente de descarga fluyen repetidamente hacia el condensador. Cuando este fenómeno se observa desde el exterior del condensador, parece que la corriente fluye a través del condensador.

Al utilizar estas características, se utilizan grandes cantidades de condensadores en los circuitos. Es necesario seleccionar los elementos que se adaptan de manera óptima a las aplicaciones previstas.

  • fuente: Principio de funcionamiento de un condensador: conceptos básicos de los condensadores [Lección 1] ¿Cómo funcionan los condensadores?

Condensador son los componentes básicos de un sistema electrónico utilizado para almacenar cargas eléctricas. Se compone de dos placas paralelas que están separadas entre sí por aire o por algún otro dispositivo aislante como papel, mica, cerámica, etc.

El condensador está formado por dos conductores separados por un aislante, es decir, dieléctrico. El dieléctrico puede ser de diferentes tipos, puede usar cualquiera de los materiales dieléctricos entre las placas del condensador según su necesidad.

Para un conocimiento preciso de los condensadores que trabajan, primero recopile información sobre la construcción del condensador y el fenómeno de carga y descarga del condensador. Aquí le explicamos en detalle sobre la construcción de condensadores, fenómenos, etc.

La siguiente figura muestra cómo los portadores mayoritarios y minoritarios se mueven desde un emisor y un colector a través de la base y constituyen la corriente eléctrica.

Para más detalles, haga clic a continuación:

Cómo funciona un condensador

Primero construyamos una analogía para comprender los circuitos eléctricos y los diferentes componentes de una mejor manera …

Un circuito eléctrico es como un camino . Estos llamados circuitos tratan con la corriente, también conocida como flujo de cargas (electrones). Entonces, digamos que los Autos en nuestro camino denotan los cargos. El movimiento de la carga es como el movimiento de los automóviles a lo largo de nuestra carretera.

¡Espere!

¡Pero no todos los caminos son lisos! También tenemos caminos llenos de baches . Los caminos llenos de baches denotan resistencias en nuestros pequeños circuitos. En el caso de una carretera con baches, la velocidad de los automóviles se reduce.

La velocidad puede reducirse pero los autos aún se mueven hacia su destino. ¡En el caso de un circuito eléctrico, la velocidad con la que fluyen las cargas se reduce al encontrar una resistencia!

¡Algunas carreteras son unidireccionales! No se puede viajar en ambos sentidos en esos caminos. ¡Estos caminos unidireccionales denotan diodos ! ¡Esto puede permitir que la corriente fluya en una sola dirección! Si la corriente intenta romper las reglas y se va para otro lado, ¡entonces la resistencia del diodo aumenta drásticamente!

Ahora hablemos de las baterías. Una batería es un dispositivo de suministro de energía que proporciona una diferencia de potencial llamada Voltaje en los 2 extremos donde está conectada. Con respecto a nuestra analogía, es lo mismo que un automóvil que es llevado automáticamente por un elevador a una altitud más alta sin usar su propia potencia. El elevador denota nuestra batería.

¡Ahora hablemos de condensadores!

Aquí hay algunas variedades de condensadores …

El condensador es como un área de estacionamiento. Es donde están estacionados los autos. Por lo tanto, un condensador es un dispositivo que almacena cargas.

En los diagramas de circuito, se representan de esta manera …

Si abre un condensador, encontrará dos placas de metal separadas por una sustancia no conductora o dieléctrica . Teóricamente, el dieléctrico puede ser cualquier sustancia no conductora.


Echemos un vistazo a lo que realmente sucede cuando conecta un condensador a una batería …

  • La placa del condensador que está conectada al terminal positivo de la batería se carga positivamente. Esto se debe a que los electrones cargados negativamente presentes en la placa son atraídos al terminal positivo de la batería. Por lo tanto, las cargas positivas se quedan en la placa.
  • La placa del condensador que está conectada al terminal negativo de la batería se carga negativamente. Esto se debe a que la placa de metal acepta los electrones que produce la batería.

Entonces, ¡así es básicamente cómo podemos cargar un condensador!

Una vez que se carga el condensador y se retira la batería, observaremos que las placas metálicas del condensador tienen una diferencia de potencial finita entre ellas. ¡Este voltaje es equivalente al voltaje de la batería que habíamos usado para cargar este condensador!


Ahora veamos algo aún más interesante …

Ahora conectemos una bombilla también, en serie con el condensador. Tan pronto como se gira el interruptor, el condensador comienza a cargarse. La corriente fluye desde la batería al condensador para cargarla. Sin embargo, la magnitud de esta corriente se degrada a medida que se acumula más y más carga en el condensador. Entonces, observará que la bombilla brilla intensamente en el instante en que se enciende el interruptor. Pero si espera unos segundos, verá que la bombilla se atenúa y, con el tiempo, dejará de brillar. ¡En esta etapa, puede decir con audacia que el condensador está completamente cargado!

Ahora que el condensador está cargado, retiremos la batería del circuito y coloquemos un trozo de cable en su lugar. La corriente ahora fluirá de una placa del condensador a la otra. La bombilla se encenderá inicialmente y luego se atenuará a medida que el capacitor se descargue, hasta que esté completamente apagada.


Otra forma de visualizar la acción de un condensador es imaginarlo como una torre de agua enganchada a una tubería . Una torre de agua “almacena” la presión del agua: cuando las bombas del sistema de agua producen más agua de la que necesita una ciudad, el exceso se almacena en la torre de agua. Además, en momentos de alta demanda, el exceso de agua fluye fuera de la torre para mantener la presión. Un condensador almacena electrones de la misma manera y luego puede liberarlos más tarde.

El potencial de almacenamiento de un condensador se denomina capacitancia. (denotado por [math] C [/ math]) Se mide en unidades llamadas Farads.

Está dado por …

[matemáticas] C = \ dfrac {Q} {V} \ tag {1} [/ matemáticas]

Donde, [matemática] C [/ matemática] es capacitancia, [matemática] Q [/ matemática] es carga en el capacitor y [matemática] V [/ matemática] es el voltaje.

Veamos si podemos encontrar una expresión para la capacitancia de un capacitor de placas paralelas. Considere este circuito …

Deje que la carga en cada placa de metal sea [matemática] Q [/ matemática]

El campo eléctrico se define como …

[matemáticas] E = \ dfrac {V} {d} [/ matemáticas]

Usando la ley de Gauss, tenemos …

[matemáticas] \ begin {ecation} \ begin {split} \ int \ E \, ds = \ dfrac {Q} {\ epsilon_o} \ end {split} \ end {equation} \ tag * {} [/ math]

Donde ds es un área infinitesimal. Si lo integramos, terminamos con el área completa A

[matemáticas] \ begin {ecation} \ begin {split} EA = \ dfrac {Q} {\ epsilon_o} \ end {split} \ end {equation} \ tag * {} [/ math]

[matemáticas] \ begin {ecation} \ begin {split} \ implica E = \ dfrac {Q} {A \ epsilon_o} = \ dfrac {V} {d} \ end {split} \ end {ecation} \ tag {2 }[/matemáticas]

Pero ya sabemos por la ecuación 1 que …

[matemáticas] C = \ dfrac {Q} {V} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ implica Q = CV [/ matemáticas]

Así que simplemente sustituiré este valor de [matemáticas] Q [/ matemáticas] en la ecuación 2

[matemáticas] \ begin {ecation} \ begin {split} \ dfrac {CV} {A \ epsilon_o} = \ dfrac {V} {d} \ end {split} \ end {ecation} \ tag * {} [/ math ]

[matemáticas] \ begin {ecation} \ begin {split} \ boxed {C = \ dfrac {\ epsilon_o A} {d}} \ end {split} \ end {equation} \ tag * {} [/ math]

¡Encontré esta expresión para mostrarle que [matemáticas] 1 [/ matemáticas] Farad es una unidad muy grande! Para hacer esto, supondré una separación de 1 cm y luego resolveré el área de la placa requerida A conectando [math] C = 1F [/ math] y [math] \ epsilon_o = 8.85 \ times 10 ^ {- 12} C ^ 2N ^ {- 1} m ^ {- 2} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ begin {ecation} \ begin {split} A & = \ dfrac {Cd} {\ epsilon_o} \\ & = \ dfrac {1F \ times 10 ^ {- 2} m} {8.85 \ times 10 ^ {- 12} C ^ 2N ^ {- 1} m ^ {- 2}} \\ & = \ boxed {10 ^ 9 m ^ 2} \ end {split} \ end {ecation} \ tag * {} [/ math]

Entonces necesitamos una placa que tenga un área equivalente a [matemáticas] 10 ^ 9 m ^ 2 [/ matemáticas]

¡Santo cielo! ¿Ves lo grande que es ese número! Estamos hablando de un plato que tiene aproximadamente [matemáticas] 30 km [/ matemáticas] de largo y ancho !!!

Y es por eso que siempre encontrará que el valor de la capacitancia escrita en los capacitores está en unidades muy pequeñas como microfaradios [matemáticas] (\ mu F) [/ matemáticas] o picofaradios [matemáticas] (pF) [/ matemáticas]

[matemáticas] 1 \ mu F = 10 ^ {- 6} F [/ matemáticas]

[matemáticas] 1 pF = 10 ^ {- 12} F [/ matemáticas]


APLICACIONES DE CAPACITORES

Una aplicación interesante de condensadores está en el flash de cámaras .

Se usan condensadores en lugar de baterías porque un condensador puede descargar toda su carga en una pequeña fracción de segundo. ¡Las baterías no pueden hacer eso! ¡Entonces, la batería de la cámara carga el condensador del flash durante unos segundos para cuando dices cheeeeeeeeese!

Ese cilindro de color negro en la imagen es el condensador de flash.

En el momento en que se presiona el botón de captura, el condensador descarga la carga completa en el tubo del flash casi al instante y obtienes esa foto bien iluminada.


¡Otro uso impresionante de los condensadores está en sus teléfonos móviles y tabletas con pantalla táctil! Estos utilizan dispositivos llamados pantalla táctil capacitiva.

Estas pantallas de vidrio tienen un revestimiento metálico transparente muy delgado. Hay un patrón de electrodo incorporado que carga la pantalla, por lo que cuando se toca, se atrae una corriente hacia el dedo y crea una caída de voltaje. Esta ubicación exacta de la caída de voltaje es recogida por un controlador y transmitida a un procesador.

De esa manera, su teléfono sabe qué respuesta desea votar en Quora en función de sus respuestas táctiles 😛

Gracias por leer 😀