ELECTRICIDAD

Fuerza Eléctrica

Antes de iniciar el estudio de la fuerza eléctrica, es importante conocer el concepto de fuerza, así como sus tipos, representaciones gráficas y unidades. Si observamos a nuestro entorno, veremos que estamos rodeados de diferentes movimientos; por ejemplo, el caer de la lluvia, el movimiento de la tierra alrededor del sol, cuando pateamos un balón de fútbol o lanzamos una pelota de beisbol o simplemente cuando empujamos o jalamos un mueble de nuestra casa. Sin embargo, para que todos estos movimientos sucedan, se requiere la presencia de una fuerza.Podemos definir el concepto de fuerza como una magnitud vectorial que tiene la propiedad de cambiar la forma de los objetos, romper su inercia, modificar su velocidad y cambiar su estado de reposo, poniéndolos en movimiento. También podemos decir que fuerza es toda acción o influencia capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de su cuerpo, imprimiéndole una aceleración que modifica su velocidad, dirección o sentido, o bien, deformándolo. La Segunda Ley de Newton expresa la relación que se a entre fuerza, masa y aceleración. Se enuncia de la siguiente manera: 
La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa. Se enuncia matemáticamente por:

F = m X a

La fuerza es una magnitud física que se puede medir con un instrumento llamado dinamómetro. De acuerdo con el Sistema Internacional de medidas, su unidad es el Newton (N); esta unidad equivale a 1 kg/s².
El newton se considera una magnitud derivada, ya que se formula con unidades fundamentales de masa, longitud y tiempo.Partiendo de la fórmula 
F = m X a, se tiene que:

1N  = 1 kg X m/s²

1N =  kg/s² 

Existe diferentes clases de campos de fuerza, los cuales se caracterizan por el tipo de agente sobre el cual actúan o por el agente que los crea; entre ellos destacan 3: Gravitatorio, Eléctrico y Magnético.
El campo gravitatorio se origina cuando una masa crea un campo de fuerza cuya acción se manifiesta sobre otra masa. Así, podemos decir que un campo gravitatorio es una región del espacio donde toda masa se ve sometida a la acción de una fuerza. Dentro de un campo gravitatorio, la fuerza que actúa sobre una masa "m" depende del valor de la masa y de la intensidad del campo gravitatorio; este último se define como la fuerza que actúa en un punto sobre la unidad de masa colocada en dicho punto y representa por la letra I. La intensidad de un campo gravitatorio se define como la fuerza F ejercida sobre una masa m colocada en un punto de campo gravitatorio, es decir:

 I  =  F / m

La fuerza es una cantidad vectorial que consta de magnitud, dirección y sentido; se representa gráficamente de la siguiente manera:













Con el propósito de abordar el tema de fuerza eléctrica, es pertinente partir de la clasificación de la electricidad para fines de estudio. La electricidad se divide en 2 grandes ramas: Electrostática y electrodinámica. La primera tiene que ver con el comportamiento de las cargas en estado de reposo, equilibrio o estáticas, y la segunda con las cargas en movimiento.Un ejemplo de electrostática lo podemos encontrar en la generación de los rayos. Cuando las nubes se encuentran cargadas positiva mente  se establece un canal natural que atrae las cargas negativas o exceso de electrones, que se encuentran en estado de reposo en la tierra. En ese momento, al hacer contacto con la nube se produce el rayo, debido a la liberación de la enorme carga eléctrica acumulada.

¿Sabes de donde proviene el término electricidad?

En el año de 1600, El científico William Gilbert publicó su obra De Magnete, utilizando por primera vez el término electricidad; esta palabra tiene su origen en el vocablo griego elektrón, que significa ambar. Gilbert comprobó que la propiedad de atraer partículas diminutas o cuerpos ligeros no era exclusivamente de este material, sino que había otros como el vidrio, que, al ser frotados con un trozo de lana o piel, se comportaban de manera muy similar al ambar. Este fenómeno de atracción dio origen al término fuerza eléctrica.
En el año 1672, el físico alemán Otto von Guerike desarrolló la primera maquina eléctrica, conocida también como generador electrostático  la cual consistía en una gran esfera de azufre acoplada a una manivela con la cual se la hacía girar para inducir la carga eléctrica al frotar la esfera con un paño.
En 1766, Joseph Priestley, químico, teólogo y filósofo, nacido en Gran Bretaña, comprobó que la carga eléctrica se distribuía de manera uniforme en la periferia de una esfera hueca, mientras que en el interior de esta había ausencia de carga; también observó que la atracción o repulsión de dos cuerpos cargados eléctricamente era inversamente proporcional al cuadro de la distancia que los separaba. Es decir, a mayor distancia menor fuerza, y viceversa.
Más tarde, en 1777, el científico francés Charles Coulomb estudió la fuerza de atracción y repulsión utilizando la balanza de torsión y corroboró que la fuerza entre dos cargas eléctricas era proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que la separaba con lo que estableció lo que ahora conocemos como Ley de Coulomb.
La balanza es un dispositivo que sirve para medir fuerzas debiles, que consiste en dos esferas suspendidas por un hilo o material aislante; una de ellas (a) permanece estática o fija durante el experimento, mientras que la otra (b) provoca una torsión en el material aislante cuando las esferas son repelidas o atraídas según el tipo de carga que contengan; esta fuerza de atracción o repulsión que se manifiesta mediante un ángulo que puede ser medida con un arillo graduado para tal caso como se muestra en la siguiente figura.

Otro físico que hizo otra gran aportación fue el italiano Alessandro Volta, que en el año de 1800 desarrolló la primera pila galvánica, utilizando placas de cobre y Cinc sumergidas en un recipiente lleno de Salmuera que servía como conductor. Este invento fue el antecedente de la pila o batería eléctrica. Michael Faraday, Físico y químico inglés que descubrió como podía generarse electricidad utilizando un imán rodeado de espiral de hierro; James Joule, físico inglés que estudió como se transformaba en energía calorífica la perdida de energía eléctrica, y el estadounidense Joseph Henry, que construyo el primer electroimán. Sin embargo, terminaremos este recorrido por la historia de la electricidad con la aportación del físico alemán Geroge Simon Ohm, que se encargó de estudiar la relación existente entre el voltaje, la intensidad de la corriente eléctrica y la resistencia de los materiales para conducir dicha intensidad, lo que dio origen a la ley de Ohm, nombrada así en su honor, la cual estudiaremos más adelante.

Carga Eléctrica


Sabemos que todo cuerpo esta formado por materia y esta, a su vez, por moléculas  las cuales están constituidas por partículas diminutas no perceptibles a simple vista denominadas átomos. A finales de siglo XIX, el átomo era considerado como una esfera solida, parecida a una bola de billar, y se pensaba que era la unidad mas pequeña, de un elemento químico. La palabra átomo y significa no divisible.

 

A finales de siglo XIX y principios del XX, después de innumerables experimentos, se llego a la conclusión de que el átomo contenía pequeñísimas partículas subatómicas, las cuales eran las responsables de generar la carga eléctrica de los cuerpos. Estas partículas se conocen con el nombre Protones y Electrones. La primera es portadora de carga positiva y, junto con los neutrones, que no tienen carga, se encuentra ubicada en el centro del átomo, el cual recibe el nombre de núcleo. Puesto que el núcleo se encuentra firmemente colocado, los protones nunca se mueven de un material a otro. El segundo tipo de partículas, los electrones, poseen una carga negativa y se encuentran en la periferia del átomo denominada corteza. 

Un átomo en condiciones normales es eléctricamente neutro, por lo que se considera que está formando por el mismo numero de electrones (-) que de protones (+). Por consiguiente, se dice que un cuerpo o material queda cargado eléctricamente cuando éste ha perdido o ganado electrones y adquiere  una carga negativa; en el caso inverso, cuando un cuerpo pierde electrones, se dice que adquiere una carga positiva.

• Cuando un cuerpo gana electrones, adquiere una carga negativa.

• Cuando un cuerpo pierde electrones, adquiere una carga positiva.

• El espacio que rodea a un cuerpo cargado eléctricamente se conoce como campo eléctrico.

El principio fundamental de las cargas eléctricas consiste en que dos cargas del mismo signo se repelen y dos cargas de signos diferentes se atraen.

Conservación de la carga eléctrica

Otra propiedad o característica importante de comportamiento de las cargas eléctricas es que, en un sistema aislado, la carga neta siempre se conserva. Recordemos que en un átomo neutro hay igual numero de electrones que de protones de tal modo que no existe ninguna carga neta; Por consiguiente, podemos decir que cuando hay un desequilibrio en el numero de electrones de cualquier cuerpo este se cargará electricamente.
Este desequilibrio se puede lograr cuando, por cualquier método de electrización, el cuerpo gana o cede electrones; estos electrones son, por lo general, los que se encuentran mas alejados del núcleo, ya que pueden liberarse con mayor facilidad porque la carga positiva de los electrones ejerce una menor fuerza de atracción.
Cabe mencionar que los electrones no se crean ni se destruyen sino que se distribuyen de un material a otro, es decir, los electrones que se pierden en un cuerpo o material son ganados en igual numero por otro; por ejemplo cuando frotamos un peine de plástico en nuestro cabello, este cede electrones al peine, por lo que queda cargado negativamente mientras que el cabello adquiere una carga positiva equivalente a la carga negativa del peine, es decir, la carga se conserva en cada evento, esto se debe a la ley de la conservación de la carga eléctrica, la cual podemos definir de la siguiente manera: La resultante de la carga total, en un proceso de transferencia de carga eléctrica entre cuerpos, permanecerá siempre constante. O bien, la variación de la carga total en un proceso de transferencia de cargas entre cuerpos es igual a cero. Matemáticamente se expresa mediante la ecuación:

∆Q= 0

Donde: 

Q es la carga total existente en el proceso de electrización

Se dice que todo objeto cargado obtiene un exceso o déficit de electrones. Robert Millikan descubrió que esta carga puede ser cuantificada siempre en múltiplos de una unidad de carga fundamental, a la que representó con el símbolo e-, por lo que un objeto puede tener una carga de ± e-, o bien, ± 8 e-, o también ± 3 e-, pero nunca encontraremos una carga fraccionada como ± 3.5 e-, ni ± 1/2 e-. 

En el sistema internacional de medidas, la unidad de carga electrica se llama coulomb (O culombio) y se representa con la letra C, la cual se define como la cantidad de carga que ejerce una fuerza de 9x10^9 N sobre otra carga de igual tamaño a una distancia de 1 metro. La carga de un electron es considerada como -e y la del protón se considera de la misma magnitud pero opuesta a la de electrones, como es decir, +e. El valor determinado de la carga fundamental del electrón, es 1.602x10^-19 C. 

Formas de electrización

Empezaremos por decir que el termino electrizado es un termino que se le asigna a un cuerpo cargado eléctrica mente  electrizar un cuerpo no es mas que lograr el re acomodo de los electrones que se encuentran en la superficie haciéndolos pasar a otro. 

Su desplazamiento o movilidad está estrechamente ligada al material de que está constituido el objeto; por ejemplo, si el material del que se compone el objeto es madera, vidrio, papel, plástico o agua destilada, las partículas cargadas no se desplazaran fácilmente por el objeto mas que en la región que es sometida al proceso de electrización, ya que esos materiales se consideran aislantes o malos conductores de la electricidad. Por el contrario, si el objeto  está formado por algún metal, las partículas cargadas que se coloquen sobre este se distribuirán fácilmente  ya que los metales como el cobre o la plata se consideras buenos conductores de la electricidad.

Básicamente, se conocen 3 formas de electrización o procesos para cargar electricamente un cuerpo: por frotamiento o fricción, por contacto o conducción y por inducción. 

Proceso de electrización por frotamiento o fricción.

En este método, es necesario frotar en repetidas ocasiones un objeto contra otro para lograr que uno de los dos materiales atraiga los electrones del otro.

Cuando se desplaza una franela húmeda sobre la superficie de un cristal lleno de polvo, la franela se lleva o arrastra el polvo; de manera similar, cuando frotamos por ejemplo una mascada o pañuelo de seda contra un peine o varilla de plástico, por lo que este último queda con una carga positiva, mientras que la seda gana electrones y queda electrizada negativamente debido al exceso de electrones que contiene después del frotamiento.

Proceso de electrización por conducción o contacto.

A diferencia del proceso anterior, en este caso es necesario que el cuerpo previamente electrizado entre en contacto con un cuerpo neutro para que se lleve a cabo el proceso de electrización por contacto o conducción. Este fenómeno sucede porque al entrar los cuerpos en contacto, los electrones se transfieren del material que contiene un exceso de electrones al otro.

La distribución uniforme de la carga en el material que originalmente se encontraba en estado neutro dependerá mucho de que este sea un buen conductor de la electricidad, en caso contrario, será necesario tocar el objeto neutro en varias partes para lograr una distribución mas o menos homogénea  Al ponerse en contacto, ambos cuerpos adquirirán la misma carga.

Proceso de electrización por inducción.

Por ejemplo, si tenemos una esfera conductora neutra y aislada, es decir, que contiene el mismo numero de electrones que de protones y que además no esta en contacto con la tierra, y le acercamos una varilla de caucho cargada negativamente, observaremos que las cargas se distribuyen en la esfera por el principio de atracción y repulsión que ya estudiamos antes, la varilla de caucho atrae las cargas positivas y aleja las negativas. Después, aterricemos nuestra esfera mediante un alambre de cobre conectado a nuestra varilla, o directamente a la tierra, al hacer esto, los electrones se desplazarán hacia la tierra, por lo que únicamente quedan las cargas positivas en la esfera. Ahora retiremos el alambre de la esfera, y por último, separemos la varilla de caucho y las cargas positivas se distribuirán uniformemente en la periferia de toda la esfera conductora. De esta manera ha quedado cargada la esfera mediante el método de inducción.

Ley de Coulomb

El científico francés Charles Coulomb encontró, mediante experimentos en los que utilizó la balanza de torsión, que entre dos cargas puntuales en reposo, La fuerza eléctrica de atracción o repulsión es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) que la separa. También descubrió que La fuerza es proporcional al producto de las magnitudes de las cargas q1 y q2, y estableció que la fuerza es de atracción si las cargas son de signos contrarios, y de repulsión, si ambas cargas son de signos iguales.

Partiendo de esas observaciones como podemos establecer la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas separadas por una distancia (r) como: 

F = k      q1q2/r²

Donde: 

F = Fuerza eléctrica de atracción o repulsión.

k = Constante de Coulomb o de proporcionalidad eléctrica, cuyo valor en el sistema internacional de medidas es: 

k = 8.9875x10^9 N m²/C²

A fin de poder simplificar los cálculos, es valido aproximar el valor a:

k = 9x10^9 N m²/C²

q1 y q2 = cargas puntuales 

r = distancia que separa las cargas

La ecuación anterior se conoce como Ley de Coulomb y se aplica únicamente a cargas puntuales esféricas.

Cuando dos cargas puntuales q1 y q2 se encuentran separadas por una distancia r, de acuerdo con la ley de coulomb ejercen una fuerza reciproca; si ambas son del mismo signo habrá una repulsión  es decir, la fuerza sobre q1 sera de igual magnitud y de dirección opuesta a la fuerza de q2, y si son de signos contrarios, se ejercerá una atracción.

Como se muestra en la figura anterior, la fuerza ejercida entre las cargas, es una magnitud vectorial, por lo tanto, debe ser considerada como tal. En el primer caso, puesto que ambas esferas se encuentran cargadas positiva mente  la fuerza resultante es de repulsión y en el segundo, la fuerza resultante es de atracción.

A mayor distancia, la fuerza ejercida sera menor, la expresión vectorial FQ-q significa la fuerza ejercida por la carga q2 sobre la carga q1, y la fuerza Fq-Q se trata de la fuerza ejercida por la carga q1 sobre la carga q2.

Este tipo de fuerzas obedecen la 3era ley de newton, que expresa: las fuerzas siempre ocurren en pares. Si el objeto ejerce una fuerza F sobre el objeto B, entonces el objeto B ejerce una fuerza igual y opuesta F sobre el objeto A.

Retomando en el segundo caso de la figura anterior, la fuerza de atracción es parecida a la fuerza gravitacional, debido a que ambas esferas contienen cargas opuestas. De acuerdo con esto es pertinente mencionar que entre la fuerza gravitacional y la eléctrica es que la primera solo puede ser de atracción  mientras que la segunda también puede ser de repulsión.

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CAMPO ELÉCTRICO

Se conocen diversas clases de campos de fuerza, cuyas características dependen del tipo de agente que lo crea y sobre el cual actúa: gravitacional o gravitatorio, eléctrico y magnético.
El campo gravitacional o gravitatorio se define así el campo de fuerza originado por la presencia de una masa m1, cuya acción se manifiesta sobre otra masa m2.
El campo gravitacional se define como la región de espacio en la que toda masa se ve sometida a la acción de una fuerza. La fuerza del campo gravitatorio F es directamente proporcional al valor de la masa m por la intensidad del campo gravitatorio I, es decir:

F = Im

¿Sabes cómo se relaciona un campo gravitatorio con uno eléctrico?

De manera similar a un campo gravitacional, los cuerpos cargados eléctricamente generan alrededor de ellos un campo eléctrico que no es perceptible a simple vista.

Por convección, para poder entender cómo es la intensidad de un campo eléctrico, se utiliza una carga eléctrica pequeña positiva, denominada carga de prueba, la cual se coloca en diferentes puntos del campo por investigar; si la carga de prueba experimenta una reacción, entonces podemos decir que existe un campo eléctrico. Observa la siguiente figura.

 

Intensidad del campo eléctrico.

Cuando un campo eléctrico influye sobre otro campo o carga eléctrica, se dice que ejerce una fuerza eléctrica sobre este. A diferencia de un campo eléctrico si es posible observar el ejemplo de la acción ejercida por la fuerza eléctrica y cuantificar su intensidad. La intensidad del campo eléctrico (E) producido por una carga (Q) es el cociente entre la fuerza eléctrica (F) y el valor de la carga eléctrica de prueba (q).

E = F/q

Donde:

E = intensidad del campo eléctrico expresado en newtons/coulombs (N/C)

F = fuerza ejercida sobre la carga de prueba, expresada en newtons (N)

q = valor de la carga de prueba expresada en coulombs (C)

Es importante saber que la intensidad del campo eléctrico que se calcula en la posición de q (carga de prueba) es la del campo producido por la carga Q, no la del campo producido por q1.

Un campo eléctrico es una cantidad vectorial que tiene dirección, magnitud (intensidad) y sentido. La dirección se representa mediante una flecha que indica hacia dónde se mueve una pequeña carga de prueba positiva en reposo cuando se coloca cerca de un cuerpo cargado. 

En la figura anterior se puede observar la dirección de un campo eléctrico generado por una carga de prueba cuando esta se coloca junto a una carga eléctrica positiva mayor. Así mismo, la figura b muestra lo que sucede con una carga de prueba cuando se aproxima a un cuerpo cargado negativamente. 

La intensidad del campo E, generado por una sola carga Q a una distancia r de la carga de prueba, se calcula a partir de la ley de coulomb, la cual se expresa mediante la ecuación: F = kQq/r², y de la intensidad de campo eléctrico E = F/q

Sustituyendo la fuerza F de la ley de coulomb en la ecuación de intensidad de campo eléctrico se obtiene:

E = (kQq/r²)/q 

E = kQ/r².

Donde:

E = intensidad de campo electrico

k = 9x10^9 Nm²/C²

Q = valor de la carga en coulombs (C)

r = distancia (m) 

Esta ecuación permite calcular la intensidad de un campo en un punto sin necesidad de colocar una segunda carga.

La intensidad del campo eléctrico es una cantidad vectorial que posee magnitud, dirección y sentido. ¿Como se puede saber su dirección?

La dirección de un campo eléctrico depende del tipo de carga que lo produce. Si Q es positiva, la dirección del campo es alejandose de Q, si Q es negativa la dirección es hacia Q.

Cuando más de dos cargas contribuyen a un campo eléctrico, el valor de la intensidad del campo resultante es la suma vectorial de las intensidades de cada carga. 

Lineas de campo eléctrico

Todos los cuerpos electrizados tienen a su alrededor un campo eléctrico cuya fuerza se manifiesta sobre cualquier carga cercana a su zona de influencia. Como el campo eléctrico no se puede ver, el inglés Michael Faraday introdujo en 1823 el concepto de lineas de fuerza o lineas de campo eléctrico.

Las lineas de campo eléctrico pueden representarse gráficamente, lo cual resulta de gran utilidad ya que permite visualizarlas. Para esto, se debe considerar que las lineas de campo emergen de un cuerpo con carga positiva y, en uno con carga negativa, entran. 

Cuando se trata de dos cargas puntuales, cuyos campos se aproximan e interactúan, la distribución de las líneas de campo depende de la magnitud y tipo de carga del cuerpo electrizado.
La siguiente figura muestra las líneas de campo eléctrico de dos cargas puntuales de igual magnitud pero opuestas. En este caso, el mismo número de líneas de campo que salen de la carga positiva (verdadero) terminan en la carga negativa (sumidero). Esta configuración de cargas opuestas y de igual magnitud se conoce como dipolo eléctrico.

Cuando las cargas puntuales tienen diferente magnitud, no todas las líneas de campo que surgen de la carga positiva llegan a la carga negativa, algunas se pierden en el infinito. 

En caso de que las cargas eléctricas sean de igual magnitud y del mismo signo, positivas o negativas, los campos se repelen.

Potencial Eléctrico

Algunos dispositivos, como motores rotativos, lámparas fluorescentes, radios y cafeteras, hacen trabajo útil cuando la diferencia de potencial desplaza una carga. En cada uno de los casos citados, no se puede ver el trabajo eléctrico realizado, sólo se ven los resultados de ese trabajo. Por ejemplo, en los motores, el trabajo eléctrico produce calor, hace girar cigüeñales y crea luz y sonido.

Energía Potencial Eléctrica

Una manera sencilla de comprender el tema de potencial eléctrico es estudiar primero la energía potencial eléctrica y compararla con la energía potencial gravitacional. Recuerda que un cuerpo posee esta última virtud de su posición; esto es, cuando un cuerpo se encuentra a determinada altura (h) respecto de un nivel de referencia, tiene cierta energía potencial (Ep) que es igual al producto de la masa (m), la gravedad (g) y la altura (h). Ep = mgh

Potencial

El potencial eléctrico V en cualquier punto de un campo eléctrico es igual al trabajo T que se necesita realizar para transportar la unidad de carga positiva q desde el potencial cero hasta el punto considerado.

El potencial eléctrico V se expresa matemáticamente por:

V = Ep/q

Donde:

V = potencial eléctrico expresado en volts (V)

Ep = energía potencial expresada en joules (J)

Q = carga expresada en coulombs (C)

Se tiene un potencial de 1 volt cuando una carga de 1 coulomb posee una energía potencial de 1 joule:

1 V = 1 J/C

Diferencial de potencial

La diferencia de potencial entre dos puntos se define como el trabajo por unidad de carga realizado por fuerzas eléctricas para mover una carga de prueba del punto de mayor potencial al de menor potencial:

(VA - VB) = TA-B/q

Donde:

TA-B = trabajo

q = carga

VA - VB = diferencia de potencial entre dos puntos

El potencial eléctrico no es una cantidad vectorial, como sería el caso del campo eléctrico. 

Capacitancia

La capacitancia guarda una estrecha relación con los temas de campo eléctrico y diferencia de potencial vistos con anterioridad. Su estudio es fundamental, ya que tiene numerosas aplicaciones prácticas; por ejemplo, en baterías, memorias electrónicas y tubos fluorescentes, entre otros. La capacitancia se refiere a la cantidad de energía que un cuerpo puede almacenar debido a la presencia de un campo eléctrico cuando aumenta la diferencia de potencial.

El capacitor

Un capacitor eléctrico, también conocido como condensador, es un dispositivo que almacena carga. Por lo regular, está conformado por dos elementos o superficies conductoras (placas), situadas de tal manera que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra; como se observa en la siguiente figura.

El campo eléctrico que se genera en un capacitor de placas paralelas es uniforme conforme más cerca esté del centro de las placas; al alejarse, se irá deformando gradualmente, como se puede observar en la figura pasada. 

La magnitud de la capacidad o capacitancia de un capacitor es directamente proporcional a las dimensiones del área de los conductores o placas, e inversamente proporcional a la distancia que los separa. La función principal del dieléctrico es servir como aislante entre ambos conductores y así conseguir una mayor capacidad de carga eléctrica. 

Este dispositivos sirve para almacenar carga eléctrica de manera temporal y tiene múltiples usos en circuitos eléctricos y electrónicos. Así, lo podemos encontrar en el sistema de encendido de un automóvil para evitar la "chispa", en equipos de radio para sintonizar las diferentes frecuencias de una estación, como filtro en fuentes de alimentación de corriente continua a partir de corriente alterna y en los sistemas de flash de las cámaras fotográficas.

También tiene numerosas aplicaciones en la industria, como por ejemplo, en los circuitos de encendido de los sistemas de bombeo. Además, se utiliza en algunos teclados de computadora o maquinas eléctricas, en motores de aire acondicionado, ventiladores, compresores, bombas de agua y motores de corriente alterna.

Aún con los grandes avances de electronica y la aparición de los circuitos integrados, este elemento, si bien ha sufrido cambios importantes en su diseño y construcción por el descubrimiento de nuevos materiales, no ha podido ser sustituido. 

¿Cómo obtiene carga eléctrica un condensador?

Un condensador de placas paralelas se conecta mediante cables, cada una de las placas a una batería o fuente de poder. Cuando se cierra el interruptor, la batería establece un campo eléctrico en el cable que hace que los electrones se muevan desde la placa izquierda hasta el cable y de este al borne positivo de la batería y, por último, el borne negativo de la batería a la placa derecha a través del cable. Como resultado, se produce una diferencia de carga entre las placas que representa una energía potencial eléctrica. Dicha energía del sistema del circuito se obtiene mediante la transformación de la energía química de la batería.

AQUI VA FOTOOOOOO


La carga del condensador se detiene cuando la diferencia de potencial entre las placas es igual a la diferencia de potencial de la batería o fuente de poder, y la carga en el condensador o capacitor se mantiene, aunque se desconecte la batería. 
El capacitor se descargará si este se conecta a un circuito eléctrico o se provoca un corto circuito juntando las dos terminales que unen sus placas, lo que induce una chispa eléctrica. Algunas características técnicas de los capacitores son: 

Tensión nominal: es la tensión máxima que puede soportar un capacitor de manera contínua sin que sufra deterioro

Capacidad nominal: es el valor de la capacitancia, el cual se identifica mediante código de colores, o bien, mediante un valor numérico que se coloca en el cuerpo del capacitor. 

Tolerancia: diferencia entre la capacidad máxima y la mínima dada por el fabricante. 

Aunque existen diferentes tipos de capacitores o condensadores según el material con el que están construidos, estos pueden ser polarizados o sin polarizar, fijos o variables.

En el cuadro anterior te mostramos los simbolos con los que se representan los capacitores. Como podras observar, para un mismo tipo de capacitor, existen varios simbolos.
La capacidad de los capacitores fijos esta determinada por el fabricante y su valor no puede ser modificado, sus características y nombre depende directamente del dieléctrico con el que se fabrican, de tal modo que podemos encontrar los simbolos anteriores.


Capacitores Cerámicos.

El material dieléctrico con el que se construyen es la cerámica, el más común es el dióxdo de titanio. Por ser un material de constantes dieléctricas altas, permite un amplio diseño, tanto mecánico como eléctrico, en la construcción de los capacitores.




Se dividen en dos grupos: El primero de ellos se caracteriza por su alta estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido y casi constante, y en el segundo, el coeficiente de temperatura prácticamente no está definido y presenta una variación en la capacidad del condensador debido a la variación de temperatura, lo que hace que tenga un  comportamiento no lineal. Es decir, su capacidad varía considerablemente con la temperatura, el tiempo de funcionamiento o la tensión.


Los Capacitores de Plástico

Sus principales características son las altas temperaturas de funcionamiento, así como su alta resistencia de aislamiento. En la fabricación encontramos dos tipos según el material de la armadura: de metal, denominados tipo k, y de metal vaporizado, tipo mk, como se muestran en la siguiente figura.
En el mercado podemos encontrar los siguientes:
KS. StyroFlex, construidos con láminas de metal y poliestireno como dieléctrico.
KP. Su dieléctrico es polipropileno y sus placas son de metal.
MKP. Placas de metal vaporizado.
MKY. Placas de metal vaporizado y polipropileno de alta calidad como dieléctrico.




Capacitores de Mica.

Se caracterizan por su alto rango de frecuencia y estabilidad en relación con el tiempo y temperatura; también presentan baja pérdida de capacitancia, se construyen de mica o silicato de aluminio y potasio.




Capacitores Electrolíticos

Una de sus placas o conductores esta construida de metal, mientras que la otra placa es un conductor iónico o electrolítico; se encuentran polarizadas y, en relación con sus dimensiones fisicas, presentan valores muy altos y capacitancia. Los mas comunes son:

Electrolíticos de aluminio: el electrolito es de tetraborato armónico, la otra placa metálica es de aluminio.

Electrolíticos de tántalo: nombre con el que se denomina comúnmente al metal tantalio, el cual se utiliza en la fabricación de capacitores, porque es metal inerte al ataque de acidos y posee la propiedad de ser resistente a altas temperaturas y a la oxidación. El dieléctrico está construido por oxido de tántalo y, a diferencia del anterior, maneja un mayor rango de capacitancia.






Capacitadores de doble capa.

También conocido como supercapacitores (CAVE) o ultracondensadores. Son como los capacitores normales, pero a diferencia de los capacitores convencionales almacenan hasta 100 mil veces mas carga, aunque tienen el mismo tamaño. Algunos pueden llegar hasta los 3000 Farads, mientras que los normales son de orden de los uF. Tienen una mayor capacidad de carga y descarga, manejan pequeños valores de tensión y, al conectarlos en serie, presentan una alta resistencia acumulan mayor cantidad de energía.




Capacitores Variables.

Estos capacitores se caracterizan porque podemos variar sus valores de capacitancia entre ciertos límites. La variación de capacitancia puede obtenerse variando la distancia entre las placas o variando el area efectiva de carga de las placas. Se utilizan a menudo en los receptores de radio para efectuar la sintonía de una estación; también podemos encontrar en los equipos de medición.
Esta clasificación entran también los capacitores ajustables, que en su mayoría se calibran para su aplicación en un circuito eléctrico o electrónico determinado.





Cálculo de Capacitancia.

La capacitancia se define como la razón que existe entre la magnitud de carga Q de cualquiera de los conductores (placa) de un condensador y la diferencia del potencial V entre ambos conductores (placas) se expresa mediante la siguiente ecuación matemática:

C = Q/V

Donde:

C= capacitancia en C/V (Coulombs/Volts)

Q= carga eléctrica de una de las placas o conductores de C (Coulombs)

V= diferencia de potencial entre ambas placas o conductores en V (Volts)

La unidad de la capacitancia C en el sistema internacional de medidas es Coulomb por Volt, llamada Farad (O faradio), en memoria de Michel Farady. Por lo que podemos decir que: 

1F = 1C/1V

Donde:

F= farad

C= Coulomb

V= Volt

Los valores de capacitancia mas utilizados vienen expresados en:

1 Microfarad (uF) = 1x10^-6 F

1 Nanofarad (nF) = 1x10^-9 F 

1 Picofarad  (pF) = 1x10^12 F

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