Puede ser que alguna vez hayas escuchado que necesitamos un condensador para almacenar la energía en un motor o una memoria. No estás confundido: esa es su función.
Ahora bien, también podrías pensar que una batería hace exactamente lo mismo. Sin embargo, aunque es así, la diferencia es que una batería almacena energía en forma de potencial químico, mientras que los condensadores almacenan energía en forma de potencial eléctrico. Además, la corriente de fuga es mayor en los condensadores que en las pilas, lo que significa que los condensadores no pueden mantener la carga tanto tiempo como las pilas.
En este artículo hablaremos de los condensadores, cómo funcionan y cuáles son sus usos, así como una de sus principales características: la capacitancia. Aprenderemos a calcularla y veremos algunos ejemplos. Así que esperamos que tengas energías almacenadas y ¡vamos a ello!
Fig. 1: Ejemplo de condensadores utilizados en circuitos eléctricos.
Condensador
Un condensador es un dispositivo que puede almacenar cargas eléctricas y también puede utilizarse para proteger los circuitos de picos no deseados.
En el interior de un condensador hay dos placas metálicas de un material conductor, como el aluminio. Estas placas están separadas por un material aislante, también conocido como dieléctrico.
El rápido movimiento de electrones entre las dos placas de un condensador lo hace muy útil en aplicaciones electrónicas.
Antes de estudiar el funcionamiento de un condensador, debemos entender el concepto de polarización.
Polarización
La polarización es la orientación de las moléculas polares, dentro del dieléctrico, hacia los electrodos opuestos.
Un dieléctrico está formado por muchas moléculas polares, que tienen un extremo positivo y otro negativo. Cuando el condensador no almacena carga, no hay campo eléctrico, y estas moléculas apuntan aleatoriamente en diferentes direcciones.
Fig. 2: Moléculas al azar (arriba) y moléculas en un campo eléctrico (abajo).
Funcionamiento del condensador
Cuando se aplica un voltaje a un condensador, se genera un campo eléctrico. Entonces, los extremos positivos de las moléculas son atraídos por la placa cargada negativamente y viceversa.
Como el dieléctrico es un aislante y las moléculas no pueden desplazarse, las moléculas polarizadas se orientan de forma que las cargas opuestas de las moléculas y las placas se enfrentan.
Fig. 3: Orientación de las moléculas polarizadas en un campo eléctrico.
Como el campo eléctrico de las moléculas polarizadas está en la dirección opuesta a las placas del condensador, la diferencia de potencial se reduce y la capacidad del condensador para almacenar carga por unidad de diferencia de potencial aumenta.
Condensador en un circuito
Coge una pila y conecta el extremo negativo al borne negativo del condensador (indicado con una tira) y el positivo al borne positivo. Ten en cuenta que no todos los condensadores tienen los polos marcados. Si ese es el caso, pueden conectarse en cualquier dirección del circuito.
Fig. 4: Símbolo de un condensador.
Las cargas fluyen de la pila al terminal negativo del condensador y de la placa positiva al extremo positivo de la pila.
Fig. 5. El diagrama muestra cómo el voltaje a través de las placas y el flujo de corriente hacia las placas varían a medida que el condensador se carga.
Una vez que las cargas han pasado de la placa positiva a la pila y de la pila a la placa negativa, ya no es posible el flujo de electrones. Por tanto, un lado del condensador estará cargado negativamente, mientras que el otro estará cargado positivamente. El condensador está al mismo nivel de tensión que la pila.
Como los electrones se acumulan en un lado del condensador, decimos que está almacenando energía, que puede ser liberada cuando se necesite. Hay una diferencia de potencial que se crea entre las placas del condensador, ya que hay una diferencia en el número de cargas en las placas.
Aplicaciones de los condensadores
Un condensador cargado puede utilizarse para proporcionar una carga en un circuito, sin ninguna interrupción.
Por ejemplo, cuando conectamos un LED con un condensador que está completamente cargado, las cargas de la placa negativa del condensador fluyen, a través del LED, hacia la placa positiva del condensador hasta que no hay diferencia de potencial entre los dos terminales. Como resultado, el LED parpadeará durante un breve momento.
La duración del parpadeo será muy corta, ya que el flujo de electrones es muy rápido. Sin embargo, si conectamos una batería al condensador en este circuito, el condensador se cargará y almacenará energía y la descargará de nuevo si hay alguna interrupción en el flujo de corriente.
Medición de la energía almacenada
En un condensador hay dos valores: uno que indica la tensión \(V\), en voltios (\(\mathrm{V}\)); y la capacitancia \(C\), que se expresa en faradios (\(\mathrm{F}\)).
Fig. 6: Condensadores en una placa de circuito.
La lectura de la tensión en el condensador indica la tensión máxima que puede soportar. Si se sobrepasa ese valor, lo más probable es que el condensador se queme y, a veces, incluso explote.
Definición de capacitancia
Todo condensador tiene una capacitancia.
La capacitancia es la capacidad de un condensador para almacenar carga eléctrica.
- El símbolo de la capacitancia es \(C\), y se mide en faradios (\(\mathrm{F}\)).
Los faradios son el número de culombios que se pueden almacenar por voltio:
\[1\,\mathrm{F}=\dfrac{1\,\mathrm{C}}{1\,\mathrm{V}}\]
Por lo tanto, la capacitancia puede utilizarse para calcular la carga en culombios:
\[Q=C\cdot V,\]
- Donde: \(Q\) es la carga eléctrica en culombios (\(\mathrm{C}\)), \(V\) es la tensión (\(\mathrm{V}\)) y \(C\) es la capacitancia de la que ya hemos hablado.
Fórmula de la capacitancia
La capacitancia puede calcularse mediante la siguiente ecuación:
\[C=\kappa\dfrac{\epsilon_0A}{d}.\]
Veamos qué es cada término en esta ecuación:
\(C\) es la capacitancia, medida en culombios por voltio (F).
\(\kappa\) es la constante dieléctrica relativa; es decir, la constante dieléctrica de un material en relación con la constante dieléctrica del vacío.
\(\epsilon_0\) es la constante dieléctrica del vacío, que tiene un valor de \(8,85\cdot 10^{-12}\,\mathrm{F/m}\).
\(A\) es el área de las placas, medida en metros cuadrados (\(\mathrm{m^2}\)).
\(d\) es la distancia entre las placas, medida en metros (\(\mathrm{m}\)).
Veamos, ahora, un ejemplo de esta fórmula aplicada.
Calcula la capacitancia de un condensador de placas paralelas cuyas placas tienen un área de \(0,525\,\mathrm{m^2}\) y están separadas por \(2,15\,\mathrm{mm}\).
Solución:
Como \(\kappa\) no se especifica, lo tomaremos como 1. Añadiendo los otros valores a la fórmula que hemos visto, se obtiene:
\[C=8,85\cdot 10^{-12}\,\mathrm{F/m}\cdot\dfrac{0,525\,\mathrm{m^2}}{2,15\cdot 10^{-3}\,\mathrm{m}}=2,16\cdot 10^{-9}\,\mathrm{F}.\]
Esto puede parecer una capacidad muy pequeña, pero es valor muy grande, en realidad.
Capacitancia - Puntos clave
- Un condensador es un conductor que puede almacenar carga en forma eléctrica.
- Todo condensador tiene una capacitancia, que es la cantidad de carga por unidad de diferencia de potencial.
- Un condensador se utiliza para mantener la corriente en un circuito, si hay alguna interrupción.
- Dos placas conductoras con un aislante dieléctrico entre ellas constituyen un condensador.
- Un condensador funciona acumulando cargas negativas en una de las placas, lo que crea una diferencia de potencial entre las dos placas.
- La unidad de medida de la capacitancia es el faradio (\(\mathrm{F}\)).
Résumenes 
Exámenes 
Magazine 
Formacion Profesional 
