Desde el comienzo del estudio de la electricidad, fue recién en 1745 que Ewald Jurgen von Kleist y Pieter van Muschenbroek lograron resolver el problema de su acumulación y preservación. Creado en Leiden, Holanda, el dispositivo permitía acumular energía eléctrica y utilizarla cuando fuera necesario.
Tarro de Leyden: un prototipo de condensador. Su uso en experimentos físicos avanzó mucho en el estudio de la electricidad, hizo posible crear un prototipo de corriente eléctrica.
¿Qué es un condensador?
Recolectar carga eléctrica y electricidad es el propósito principal de un capacitor. Por lo general, este es un sistema de dos conductores aislados ubicados lo más cerca posible entre sí. El espacio entre los conductores se llena con un dieléctrico. La carga acumulada en los conductores se elige de manera diferente. La propiedad de las cargas opuestas de ser atraídas contribuye a su mayor acumulación. Al dieléctrico se le asigna un doble papel: cuanto mayor es la constante dieléctrica, mayor es la capacidad eléctrica, las cargas no pueden superar la barrera yneutralizar.
La capacidad eléctrica es la principal cantidad física que caracteriza la capacidad de un capacitor para acumular carga. Los conductores se llaman placas, el campo eléctrico del capacitor se concentra entre ellos.
La energía de un capacitor cargado, aparentemente, debería depender de su capacidad.
Capacidad eléctrica
El potencial energético permite utilizar condensadores (de gran capacidad eléctrica). La energía de un condensador cargado se utiliza cuando es necesario aplicar un pulso de corriente corto.
¿De qué cantidades depende la capacidad eléctrica? El proceso de carga de un capacitor comienza conectando sus placas a los polos de una fuente de corriente. La carga acumulada en una placa (cuyo valor es q) se toma como la carga del capacitor. El campo eléctrico concentrado entre las placas tiene una diferencia de potencial U.
La capacidad eléctrica (C) depende de la cantidad de electricidad concentrada en un conductor y del voltaje de campo: C=q/U.
Este valor se mide en F (faradios).
La capacidad de toda la Tierra no es comparable a la capacidad de un condensador, cuyo tamaño es aproximadamente del tamaño de una computadora portátil. La poderosa carga acumulada se puede usar en vehículos.
Sin embargo, no hay forma de acumular una cantidad ilimitada de electricidad en las placas. Cuando el voltaje sube al valor máximo, puede ocurrir una ruptura del capacitor. platosneutralizado, lo que puede dañar el dispositivo. La energía de un capacitor cargado se gasta por completo en calentarlo.
Valor energético
El calentamiento del capacitor se debe a la transformación de la energía del campo eléctrico en interna. La capacidad del condensador para realizar trabajo para mover la carga indica la presencia de un suministro suficiente de electricidad. Para determinar qué tan alta es la energía de un capacitor cargado, considere el proceso de descarga. Bajo la acción de un campo eléctrico de voltaje U, una carga de q fluye de una placa a otra. Por definición, el trabajo del campo es igual al producto de la diferencia de potencial y la cantidad de carga: A=qU. Esta relación es válida solo para un valor de voltaje constante, pero en el proceso de descarga en las placas del capacitor, disminuye gradualmente a cero. Para evitar imprecisiones, tomamos su valor medio U/2.
De la fórmula de capacidad eléctrica tenemos: q=CU.
A partir de aquí, la energía de un capacitor cargado se puede determinar mediante la fórmula:
W=CU2/2.
Vemos que su valor es mayor cuanto mayor es la capacidad eléctrica y el voltaje. Para responder a la pregunta de cuál es la energía de un capacitor cargado, pasemos a sus variedades.
Tipos de capacitores
Dado que la energía del campo eléctrico concentrado dentro del capacitor está directamente relacionada con su capacitancia, y la operación de los capacitores depende de sus características de diseño, se utilizan varios tipos de dispositivos de almacenamiento.
- Según la forma de las placas: planas, cilíndricas, esféricas, etc.e.
- Al cambiar la capacitancia: constante (la capacitancia no cambia), variable (al cambiar las propiedades físicas, cambiamos la capacitancia), ajuste. El cambio de la capacitancia se puede llevar a cabo cambiando la temperatura, el estrés mecánico o eléctrico. La capacitancia de los capacitores recortadores varía al cambiar el área de las placas.
- Por tipo de dieléctrico: gas, líquido, dieléctrico sólido.
- Por tipo de dieléctrico: vidrio, papel, mica, metal-papel, cerámica, películas de capa fina de varias composiciones.
Según el tipo, también se distinguen otros condensadores. La energía de un capacitor cargado depende de las propiedades del dieléctrico. La cantidad principal se llama constante dieléctrica. La capacidad eléctrica es directamente proporcional a ella.
Condensador de placa
Considere el dispositivo más simple para recolectar carga eléctrica: un capacitor plano. Este es un sistema físico de dos placas paralelas, entre las cuales hay una capa dieléctrica.
La forma de las placas puede ser tanto rectangular como redonda. Si es necesario obtener una capacidad variable, se acostumbra tomar las placas en forma de medios discos. La rotación de una placa con respecto a otra provoca un cambio en el área de las placas.
Suponemos que el área de una placa es igual a S, la distancia entre las placas se toma igual a d, la constante dieléctrica del relleno es ε. La capacitancia de tal sistema depende únicamente de la geometría del capacitor.
C=εε0S/d.
Energía de un capacitor plano
Vemos que la capacitancia del capacitor es directamente proporcional al área total de una placa e inversamente proporcional a la distancia entre ellas. El coeficiente de proporcionalidad es la constante eléctrica ε0. El aumento de la constante dieléctrica del dieléctrico aumentará la capacidad eléctrica. Reducir el área de las placas le permite obtener condensadores de sintonización. La energía del campo eléctrico de un condensador cargado depende de sus parámetros geométricos.
Utilice la fórmula de cálculo: W=CU2/2.
La determinación de la energía de un condensador plano cargado se realiza según la fórmula:
W=εε0SU2/(2d).
Uso de capacitores
La capacidad de los condensadores para recoger sin problemas una carga eléctrica y entregarla lo suficientemente rápido se utiliza en varios campos de la tecnología.
La conexión con inductores le permite crear circuitos oscilatorios, filtros de corriente, circuitos de realimentación.
Flashes fotográficos, pistolas paralizantes, en las que se produce una descarga casi instantánea, utilizan la capacidad de un condensador para crear un potente pulso de corriente. El condensador se carga desde una fuente de corriente continua. El condensador en sí actúa como un elemento que rompe el circuito. La descarga en sentido contrario se produce a través de una lámpara de baja resistencia óhmica casi instantáneamente. En una pistola paralizante, este elemento es el cuerpo humano.
Condensador o batería
La capacidad de mantener la carga acumulada durante mucho tiempo brinda una excelente oportunidad para usarla como almacenamiento de información o almacenamiento de energía. Esta propiedad se usa mucho en ingeniería de radio.
Reemplace la batería, lamentablemente el capacitor no se puede, porque tiene la particularidad de estar descargado. La energía acumulada no supera unos pocos cientos de julios. La batería puede almacenar una gran cantidad de electricidad durante mucho tiempo y casi sin pérdidas.
