Ingeniera Elctrica Captulo 3: Capacitores

Por: Ral Chvez Romero

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3.0 Introduccin https://youtu.be/0gZKik_BhQQ

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3.1 Campo Elctrico

El campo elctrico es la fuerza de atraccin o de repulsin entre dos cuerpos cargados

Se representa por lneas de flujo elctrico, las cuales se trazan para indicar la fuerza y su direccin cualquier punto alrededor de un cuerpo cargado.

Cuanto ms densas son las lneas de flujo, ms fuerte es el campo elctrico

Densidad de flujo:

es densidad de flujo es flujo elctrico rea unitaria

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Entre ms grande es la carga elctrica, mayor es el flujo elctrico, por lo tanto

Coulombs,

La fuerza del campo elctrico o fuerza electromotriz en un punto, es la fuerza que acta sobre una carga positiva unitaria en dicho punto

o tambin

Las lneas de flujo elctrico siempre se extienden desde un cuerpo cargado positivamente hasta un cuerpo cargado negativamente, y siempre se extienden o terminan perpendiculares a las superficies cargadas, pero nunca las cruzan.

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3.1 Capacitancia La capacitancia es la medida de la capacidad de un capacitor de almacenar

carga en sus placas; en otras palabras, su capacidad de almacenamiento.

Cuanto ms alta es la capacitancia de un capacitor, ms grande es la

cantidad de carga almacenada en las placas con el mismo voltaje aplicado.

Un capacitor tiene una capacitancia de 1 F si se deposita 1 C de carga

(6.242 1018 electrones) en las placas, por una diferencia de potencial

de 1 V a travs de sus placas

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Ejemplo

Solucin

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Ejemplo

Solucin

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Ejemplo

Solucin

Solucin

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El trmino permitividad mide la facilidad con que un material permite establecer un campo elctrico en el material.

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La permitividad relativa (o constante dielctrica) compara la permitividad de un material con la del aire.

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Ecuacin del capacitor

donde 0 = 8.85 10

12 es la permitividad del aire es la permitividad relativa del material es el rea de las placas del capacitor es la distancia entre las placas por lo tanto la ecuacin del capacitor se puede escribir como:

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ejemplo

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3.3 Rigidez dielctrica La resistencia dielctrica del material dielctrico utilizado

determina el voltaje de ruptura de un capacitor. La resistencia dielctrica se expresa en V/mil (1 mil=0.001 pulg=2.54 105). A continuacin se muestran valores tpicos para varios materiales. Los valores exactos varan segn la composicin especfica del material.

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Voltaje nominal: es el voltaje de cd mximo que puede ser aplicado

sin riesgo de daar un dispositivo.

Voltaje de ruptura: es el voltaje a partir del cual un dispositivo puede

presentar dao permanente.

El coeficiente de temperatura indica la cantidad y direccin de un

cambio de valor de capacitancia debido a la temperatura. Los

coeficientes de temperatura se especifican generalmente en partes

por milln por grados Celsius (ppm/C). Por ejemplo, un coeficiente

de temperatura negativo de 150 ppm/C para un capacitor de

1 significa que, por cada elevacin de un grado en la temperatura,

la capacitancia disminuye en 150 .

Fuga: El dielctrico de cualquier capacitor conduce una muy pequea

cantidad de corriente. Por tanto, la carga en un capacitor finalmente

se fugar.

Algunos conceptos:

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3.4 Tipos de capacitores

Los capacitores se clasifican normalmente de acuerdo

con el tipo de material dielctrico y si estn o no

polarizados. Los tipos ms comunes de materiales

dielctricos son mica, cermica, pelcula plstica, y

electrolticos (xido de aluminio y xido de tantalio).

Adems del material se pueden clasificar en fijos y

variables.

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Capacitores fijos Capacitores de mica

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Capacitores fijos Capacitores de cermica de disco

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Capacitores fijos Capacitores de cermica, multicapas

Capacitores de cermica, chip (montaje superficial)

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Capacitores fijos

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Capacitores fijos Capacitores de electrolticos: Los capacitores electrolticos se polarizan de modo que una placa sea positiva y la otra negativa. Estos capacitores se utilizan para valores de capacitancia que van desde 1 hasta ms de 200,000 , pero sus voltajes de ruptura son relativamente bajos (350 V es un mximo caracterstico) y sus cantidades de fuga son altas. Regularmente se considera que los capacitores con valores de 1 o ms grandes estn polarizados.

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Se utilizan cuando existe la necesidad de ajustar el valor de capacitancia o

manual o automticamente.

Son de menos de 300 pF, pero estn disponibles con valores ms grandes

para aplicaciones especializadas.

Normalmente tienen ajustes tipo tornillo ranurado y se utilizan en un

circuito para realizar ajustes muy finos (reguladores o trimmers).

La cermica o mica es un dielctrico comn en estos tipos de capacitores, y

la capacitancia casi siempre se cambia ajustando la separacin de las placas.

Regularmente tienen valores de menos de 100 pF.

Capacitores variables

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3.5 Estados Transitorios Considere el siguiente

circuito

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3.5 Estados Transitorios

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Fase de carga:

3.5 Estados Transitorios

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Fase de descarga:

3.5 Estados Transitorios

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Afectacin de la constante del tiempo:

Ejemplo:

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3.6 Capacitores en serie y paralelo

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Paralelo

Serie

Ejemplo:

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Determine el voltaje y la carga que pasa por cada capacitor de la red en la figura

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3.8 Energa almacenada

Un capacitor ideal no disipa la energa que se le suministra, antes bien, la almacena en forma de un campo elctrico entre las superficies conductoras.

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