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¿Qué es un condensador?
El condensador es condensadorEs uno de los componentes pasivos como una resistencia. Los condensadores se utilizan generalmente para almacenar carga eléctrica. En los condensadores, la carga se almacena en forma de “campo eléctrico”. Los condensadores juegan un papel importante en muchos circuitos eléctricos y electrónicos.
En general, un condensador tiene dos placas metálicas paralelas que no están conectadas entre sí. Las dos placas del condensador están separadas por un medio no conductor (medio aislante), que se conoce comúnmente de la siguiente manera: dieléctrico.
Los condensadores vienen en una variedad de tipos y formas, desde condensadores muy pequeños utilizados en circuitos resonantes hasta condensadores grandes utilizados para estabilizar líneas HVDC. Sin embargo, todos los condensadores hacen el mismo trabajo de almacenar carga.
Los condensadores pueden ser rectangulares, cuadrados, redondos, cilíndricos o esféricos. A diferencia de las resistencias, los condensadores ideales no consumen energía. Dado que hay diferentes tipos de condensadores, se proporcionaron diferentes símbolos para representarlos, como se muestra a continuación.
¿Por qué son importantes los condensadores?
Los condensadores tienen muchas características, tales como
- Son capaces de almacenar energía y pueden disipar esta energía en el circuito cuando sea necesario.
- Al cortar la CC y permitir que fluya la CA, puede combinar partes del circuito con otras partes.
- Los circuitos con condensadores dependen de la frecuencia, por lo que se pueden utilizar para amplificar frecuencias específicas.
- Como condensador, cuando se aplica a la entrada de CA, la corriente conduce el voltaje, lo que aumenta la potencia de carga en aplicaciones de energía y lo hace más económico.
- Dado que es capaz de altas frecuencias, se puede utilizar como filtro para filtrar bajas frecuencias o para recoger altas frecuencias.
- Dado que la reactancia y la frecuencia de un condensador son inversamente proporcionales, la impedancia del circuito puede aumentarse o disminuirse a una frecuencia específica o usarse como filtro.
Del mismo modo, los condensadores exhiben muchas características cuando se usan en circuitos de CA o CC, juegan un papel importante en los circuitos eléctricos y electrónicos.
Estructura de un condensador
Como se mencionó anteriormente, hay muchos tipos diferentes de condensadores. Estos diferentes tipos tienen diferentes tipos de estructuras. Los condensadores de placa paralela son los condensadores más simples. Entendamos la estructura de este condensador.
Consta de dos placas metálicas separadas por una distancia. El espacio entre estas dos placas se rellena con un material dieléctrico. Los dos cables del condensador se toman de estas dos placas.
La capacitancia del condensador depende de la distancia entre las placas y del área de las placas. El valor de capacitancia se puede cambiar variando cualquiera de estos parámetros.
Los condensadores variables se pueden construir fijando una de estas placas y moviendo la otra.
Dieléctrico en condensadores
El dieléctrico actúa como 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.
Los dieléctricos también juegan un papel importante en la determinación del valor de la capacitancia. Cuando se introduce un dieléctrico entre las placas del condensador, su valor aumenta.
Diferentes materiales dieléctricos tienen diferentes constantes dieléctricas, pero este valor es >1.
La siguiente tabla muestra los valores de la constante dieléctrica para cada material dieléctrico
Hay dos tipos de dieléctricos
- Dieléctricos polares: Estos dieléctricos tienen un movimiento dieléctrico permanente
- Dieléctricos no polares: Tienen un momento dieléctrico temporal. Al colocarlos en un campo eléctrico, se pueden inducir en un momento dipolar.
Constante dieléctrica compleja
El producto de la constante dieléctrica relativa (εr) de un material dieléctrico y la constante dieléctrica del espacio libre (εo) se conoce como “constante dieléctrica compleja” o “constante dieléctrica real” de un material dieléctrico. La fórmula para la constante dieléctrica compleja se da de la siguiente manera:
ε =ε0 * εr
Dado que la constante dieléctrica del espacio libre es igual a “1”, el valor de la constante dieléctrica compleja es siempre igual a la constante dieléctrica relativa. El valor de la constante dieléctrica o constante dieléctrica compleja varía de un material dieléctrico a otro.
Los valores estándar de la constante dieléctrica compleja (ε) de los 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, polvo de óxido metálico = 6 a 20, etc.
Los condensadores se pueden clasificar según las propiedades y propiedades de los materiales aislantes o materiales dieléctricos, y se pueden dividir en los siguientes de la siguiente manera:
- Condensadores de alta estabilidad y baja pérdida: los condensadores Mica, cerámicos de baja K y poliestireno son ejemplos de este tipo.
- Condensadores de estabilidad media y pérdida media: el papel, la película plástica y los condensadores cerámicos High-K son ejemplos de este tipo.
- Condensadores de polarización: ejemplos de este tipo de condensadores son los electrolíticos, el tántalo.
laborable
Como se mencionó anteriormente, un condensador consta de dos conductores separados por un dieléctrico, y si hay una diferencia de potencial entre los dos conductores, se genera un potencial eléctrico. Esto hace que el condensador se cargue y se descargue.
Entendamos esto de una manera práctica. Cuando el condensador está conectado a la batería (fuente de alimentación de CC), la corriente comienza a fluir a través del circuito.
Por lo tanto, la carga negativa se acumula en una placa y la carga positiva se acumula en la otra. Este proceso continúa hasta que el voltaje del condensador alcanza el voltaje de alimentación.
Si el voltaje de carga es igual al voltaje de alimentación, el condensador dejará de cargarse incluso si la batería está conectada. Cuando se retira la batería, se acumula una carga positiva y negativa en las dos placas. Por lo tanto, la carga se almacena en el condensador.
Pero si el voltaje de la fuente de alimentación es de CA, se cargará y descargará continuamente. La velocidad de carga y descarga depende de la frecuencia de la fuente.
ejemplo
Puedes usar un ejemplo simple aquí para entender el trabajo. El siguiente circuito muestra dos interruptores, A y B. Cuando el interruptor 1 está cerrado, la corriente comienza a fluir de la batería al condensador. Cuando la tensión del condensador alcanza la tensión de alimentación, se detiene la carga.
A continuación, conecte el interruptor a la posición B. Ahora puede ver que el LED comienza a encenderse y se desvanece lentamente a medida que el condensador se descarga.
La capacitancia del condensador viene dada por:
C=KεA/d
o
C= εA/4πd
o
C = εo * εr (A/d)
Dónde
C – Capacitancia del condensador
A – área entre las placas
D – distancia entre dos placas;
εo – constante dieléctrica del espacio libre
εr – constante dieléctrica relativa.
K – constante dieléctrica
Capacitancia del condensador
La capacitancia es una propiedad de un condensador que define la cantidad máxima de carga que se puede almacenar en un it.it que existe en cualquier lugar de la naturaleza.
La capacitancia puede variar dependiendo de la forma del condensador. La capacitancia se puede calcular utilizando la forma del conductor y las propiedades del material dieléctrico. Echemos un vistazo a la capacitancia de un condensador de placa paralela.
La capacitancia se define como la relación entre la carga (Q) de una de las placas y la diferencia de potencial (V) entre ellas.
C = Q / V、
Por lo tanto, la corriente se puede obtener de la siguiente manera:
I
Esto puede ser expresado por Farad (F), llamado así por el físico inglés Michael Faraday.
A partir de la definición anterior, se puede ver que la capacitancia es directamente proporcional a la carga (Q) e inversamente proporcional al voltaje (V).
La capacitancia del condensador se puede aumentar aumentando el número de placas, lo que ayuda a mantener el mismo tamaño del condensador. Aquí, el área de la placa aumenta.
Unidad estándar de capacitancia
Debido a que los faradios suelen ser altos, la capacitancia se representa como una subunidad en tiempo real del condensador, como microfaradios (uF), nanofaradios (nF) y picofaradios (PF).
La mayoría de las aplicaciones eléctricas y electrónicas están cubiertas por los siguientes prefijos de unidad estándar (SI) para facilitar el cálculo:
- 1 mF (milifalads) = 10−3 F = 1000 μF = 1000000 nF
- 1 μF (microfaradios) = 10−6 F = 1000 nF = 1000000 pF
- 1 nF (nanofaradios) = 10−9 F = 1000 pF
- 1 pF (picofaradio) = 10−12 F
Convierta μF a nF o pF, varias otras unidades y viceversa. Por el contrario, es necesario utilizar un convertidor de unidad capacitivo.
Tensión nominal del condensador
Este no es el voltaje al que se carga el condensador, sino el voltaje máximo al que el condensador puede funcionar de manera segura. Este voltaje se conoce como voltaje de funcionamiento (WV) o voltaje de funcionamiento de CC (DC-WV). La siguiente figura muestra la clasificación de voltaje del condensador.
Si se aplica un voltaje por encima de este voltaje, puede producirse un arco entre las placas debido a la ruptura dieléctrica, lo que puede causar daños.
Al diseñar circuitos con condensadores, se debe tener cuidado para garantizar que el voltaje nominal de los condensadores sea mayor que el voltaje utilizado en el circuito. Por ejemplo, si el voltaje de funcionamiento del circuito es de 12 V, se debe seleccionar un condensador con un voltaje nominal de 12 V o superior.
Este voltaje de funcionamiento del condensador depende de factores como el material dieléctrico utilizado entre las placas del condensador, el grosor del dieléctrico y el tipo de circuito utilizado.