Que Es Un Capacitor De Placas Paralelas. Tipos Y Función.

Un capacitor de placas paralelas es una disposición de dos placas metálicas conectadas en paralelo separadas entre sí por cierta distancia. Un medio dieléctrico ocupa el espacio entre las placas. El medio dieléctrico puede ser aire, vacío u otro material no conductor como mica, vidrio, lana de papel, gel electrolítico y muchos otros.

Has escuchado mencionar capacitor de placas paralelas anteriormente. Pero, ¿sabes cuáles son en realidad? ¿Es una configuración que tiene dos placas unidas paralelas entre sí? ¿Por qué no encuentras la respuesta tú mismo? Sabiendo todo esto, ahora te mostraremos que es un capacitor de placas paralelas:

1. ¿Qué es un capacitor de placas paralelas?

Los condensadores de placas paralelas son el tipo de condensadores que tienen una disposición de electrodos y material aislante (dieléctrico). Las dos placas conductoras actúan como electrodos. Hay un dieléctrico entre ellos. Esto actúa como un separador para las placas.

Las dos placas del condensador de placas paralelas son de dimensiones iguales. Están conectados a la fuente de alimentación. La placa, conectada al terminal positivo de la batería, adquiere una carga positiva. Por otro lado, la placa, conectada al terminal negativo de la batería, adquiere una carga negativa. Debido a la atracción, las cargas quedan atrapadas dentro de las placas del condensador.

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El principio del capacitor de placas paralelas

Sabemos que podemos dar una cierta cantidad de carga a un plato. Si suministramos más carga, el potencial aumenta y podría provocar una fuga en la carga. Si obtenemos otra placa y la colocamos al lado de esta placa con carga positiva, entonces la carga negativa fluye hacia el lado de esta placa que está más cerca de la placa con carga positiva.

Como ambas placas tienen cargas, la carga negativa en la placa 2 reducirá la diferencia de potencial en la placa 1. Por otro lado, la carga positiva en la placa 2 aumentará la diferencia de potencial en la placa 1. Pero la carga negativa en la placa 2 tener más impacto Por lo tanto, se puede dar más carga en la placa 1. Debido a las cargas negativas en la placa 2, la diferencia de potencial será menor. Este es el principio del capacitor de placas paralelas.

2. Funcionamiento y cálculo del capacitor de placas paralelas

Aquí te mostraremos como se saca el cálculo para la función correcta de un capacitor de placas paralelas. Cabe destacar; que este cálculo de capacitor de placas paralelas es muy importante conocerlo. Un mal cálculo podría provocar una fuga en las carga de los circuitos y causar un mal funcionamiento.

Presta mucha atención a las pautas, formulas y ejemplos, para puedas obtener un buen funcionamiento de tus capacitores.

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Fórmula del capacitor de placas paralelas

La dirección del campo eléctrico se define como la dirección en la que fluiría la carga de prueba positiva. La capacitancia es la limitación del cuerpo para almacenar la carga eléctrica. Cada condensador tiene su capacitancia.

La fórmula del capacitor de placas paralelas viene dada por:

• C= k ϵ0 0UNre

Dónde,

• ϵ o es la permitividad del espacio (8.54 × 10−12 F / m)
• k es la permitividad relativa del material dieléctrico.
• d es la separación entre las placas.
• A es el área de placas.

Derivación de condensadores de placa paralela

La siguiente figura muestra un capacitor de placas paralelas. Podemos ver dos placas grandes colocadas paralelas entre sí a una pequeña distancia d. Las dos placas llevan una carga igual y opuesta.

Derivación de condensadores de placa paralela

Aquí, vemos que la primera placa lleva una carga + Q y la segunda lleva una carga –Q. El área de cada una de las placas es A y la distancia entre estas dos placas es d. La distancia d es mucho menor que el área de las placas y podemos escribir d << A, por lo tanto, el efecto de las placas se considera como hojas planas infinitas y el campo eléctrico generado por ellas se trata como igual al campo eléctrico generado por una hoja plana infinita de densidad de carga superficial uniforme.

Como la carga total en la placa 1 es Q y el área de la placa es A, la densidad de carga superficial se puede dar como:

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• E =  σ/2E-  σ/2E=0

Del mismo modo, para la placa 2 con una carga total igual a –Q y área A, la densidad de carga superficial se puede dar como:

• E =  σ/2E-  σ/2E=   σ/E

Dividimos las regiones alrededor del capacitor de placas paralelas en tres partes, siendo el área 1 el área que queda a la primera placa, el área 2 es el área entre los dos planos y el área 3 es el área a la derecha de la placa 2.

Calculemos el campo eléctrico en la región alrededor de un capacitor de placas paralelas.

• Región I: la magnitud del campo eléctrico debido a las hojas planas infinitas I y II es la misma en cualquier punto de esta región, pero la dirección es opuesta entre sí, las dos fuerzas se cancelan entre sí y el campo eléctrico general puede ser dado como

E =  σ/2E-  σ/2E=0

• Región II: la magnitud, así como la dirección del campo eléctrico debido a las hojas planas I y II en estas regiones, es la misma y el efecto general se puede dar como:

V = E x d =  1/E   Qd/A

• Región III: similar a la región I, aquí también, la magnitud del campo eléctrico generado debido a las dos hojas planas I y II es la misma pero la dirección es opuesta, dando el mismo resultado que:

C =  Q/V=E0 . A/d

• Aquí, el campo eléctrico es uniforme y su dirección es desde la placa positiva hasta la placa negativa. La diferencia de potencial a través del condensador se puede calcular multiplicando el campo eléctrico y la distancia entre los planos, dado como:

• V = E x d =  1/E   Qd/A

Y la capacitancia para el capacitor de placas paralelas se puede dar como:

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• C =  Q/V=E0.A/d

3.  Ejemplos del cálculo

Ahora te mostraremos algunos ejemplos de cálculo con sus respectivas repuestas:

Ejemplo 1

Un capacitor de placas paralelas que se mantiene en el aire tiene un área de 0,50 m 2  y está separado entre sí por una distancia de 0,04 m.

Solución:

Dado:

• Área A = 50 m 2,
• Distancia d = 0.04 m,
• Permitividad relativa k = 1,
• ϵo = 8.54 × 10 −12 F / m

La fórmula del capacitor de placas paralelas se expresa por,

• C= k ϵ0 0UNre
• = 8,54 × 10 −12 × 0,50 / 0,04
• = 4.27 x 10 −12 / 0.04
• Por lo tanto, C = 106.75 x 10 −12 F

Ejemplo 2

Determina el área del capacitor de placas paralelas en el aire si la capacidad es de 25 nF y la separación entre las placas es de 0.04m.

Solución:

Dado:

• Capacitancia = 25 nF,
• Distancia d = 0.04 m,
• Permitividad relativa k = 1,
• ϵ o = 8.54 × 10 −12  F / m

La fórmula del capacitor de placas paralelas se expresa por,

• C= k ϵ0 0UNre A = dCk ϵ0 0
• = 0.04 × 25 × 10 −9 / 1 × 8.54 × 10 −12
• A = 1 x10 −9 / 8.54 × 10 −12

Por lo tanto, el área del capacitor de placas paralelas es 117.09 m 2

4.  Tipos de capacitores de placas paralelas

En esta sección te mostraremos los tipos de capacitores de placas paralelas que se enumeran a continuación:

Capacitor de placas paralelas

Si dos placas metálicas paralelas de igual área A están separadas por una distancia d. Una placa lleva una carga Q, y la otra lleva una carga –Q. Consideremos cómo la geometría de estos conductores influye en la capacidad de la combinación para almacenar carga.

Recuerda que los cargos del mismo signo se repelen entre sí. Cuando una batería carga un condensador, los electrones fluyen hacia la placa negativa y existen fuera de la placa positiva. Si las placas del condensador son grandes, las cargas acumuladas pueden distribuirse en un área sustancial, y la cantidad de carga que se puede almacenar en una placa para una diferencia de potencial aumenta a medida que aumenta el área de la placa. Así:

Condensador cilíndrico

Un tipo especial de capacitor de placas paralelas en el que la capa dieléctrica aislante se enrolla entre las placas. Un condensador cilíndrico está formado por un cilindro conductor o cable de radio a rodeado por otra carcasa cilíndrica concéntrica de radio b donde b> a.

En este tipo de condensador, un conductor cilíndrico que tiene una densidad de carga lineal + λ está rodeado por una carcasa conductora cilíndrica coaxial que tiene una densidad de carga –λ. Debido a la atracción entre cargas diferentes, las cargas se distribuirán uniformemente en la superficie externa del conductor interno y la pared interna del conductor externo.

Condensador esférico

Los condensadores tipo esférico están desarrollados por 2 esferas conductoras concéntricas. Supongamos que la esfera interna tiene un radio externo r 1, carga + q y la esfera externa tiene un radio interno r 2 y cobrar –q. El campo eléctrico es perpendicular a la superficie de ambas esferas y puntos radialmente hacia afuera.

Todos los condensadores, como las baterías, almacenan energía para usarla más adelante. Pero a diferencia de una batería estándar, entregan ráfagas de energías rápidas e intensas. Como resultado, los condensadores pueden soportar significativamente más ciclos de carga y descarga que las baterías y pueden entregar más energía a la vez. Los condensadores incluso se pueden usar con baterías.