CAPACITANCIA Y DIELECTRICOS

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CAPACITANCIA Y DIELECTRICOS por Mind Map: CAPACITANCIA Y DIELECTRICOS

1. CAPACITOR

1.1. El capacitor es un dispositivo electrónico que almacena energía en un campo eléctrico interno.

1.2. La capacitancia del capacitor básico de placa paralela se puede calcular utilizando la Ecuación C=ϵ* A/d Según la ecuación, la capacidad es directamente proporcional a la constante dieléctrica y al área de las placas, e inversamente proporcional a la distancia entre las placas

2. CAPACITANCIA

2.1. La capacitancia es la capacidad de un componente o circuito para recoger y almacenar energía en forma de carga eléctrica. La capacitancia se expresa como la relación entre la carga eléctrica de cada conductor y la diferencia de potencial (es decir, tensión) entre ellos.

3. CALCULO DE CAPACITANCIAS

3.1. CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS

3.1.1. V=∫Eds=q/(ϵ_0 A) ∫_0^d ds=qd/(ϵ_0 A) de la definición de capacitancia C=ϵ_0 A/d Otra forma de definir a E0 da ϵ_0=8.85 x 10^(-12) F/m=8.85pF/m.

3.2. CAPACITOR DE PLACAS PLANAS

3.2.1. La magnitud del campo eléctrico producido por un condensador de placas planas se puede escribir como: E=σ/ϵ La permitividad eléctrica del material que ocupa el espacio entre las placas del condensador es el producto de la constante dieléctrica del material K por la permitividad eléctrica del vacío E0: ϵ=K*ϵ_0

3.2.1.1. La capacitancia eléctrica es una magnitud física que mide la capacidad que tiene un sistema físico de almacenar carga y está definida como: ∆v=-∫_a^b E*dr=-E*d Donde E es la magnitud del campo eléctrico producido por el condensador y d es la distancia que separa las placas del condensador. C=ϵA/d

4. CALCULO DE LA ENERGIA ALMACENADA

4.1. Un capacitor almacena energía en el campo eléctrico que aparece entre las placas cuando se carga. Para cargar un capacitor debe realizarse un trabajo para transportar electrones de una placa a la otra.

4.1.1. La energía almacenada en un capacitor puede calcularse por la siguiente expresión: w=0,5*C*V^2 La energía eléctrica que puede ser almacenada en un capacitor es pequeña, por lo que difícilmente puede ser utilizado como fuente de energía.

5. CONEXIONES DE CAPACITORES

5.1. CAPACITORES EN SERIE

5.1.1. En esta la capacitancia se ve disminuida al conectar de esta manera los capacitores y la forma de calcularlo es igual a como se calculan los resistores en paralelo.

5.1.1.1. APLICACIONES

5.1.1.1.1. Estos encuentran aplicaciones en las fuentes de alimentación como filtros de AC, en esta función el capacitor almacena carga en un semiciclo y en el instante en ca la onda cruza por cero este suministra la energía almacenada para mantener constante el nivel de voltaje.

5.2. CAPACITORES EN PARALELO

5.2.1. Es el tipo de capacitor mas común. Se compone de dos placas o laminas paralelas, separadas por una distancia d que es pequeña comparada con las dimensiones de las láminas. Para encontrar el capacitor equivalente se utiliza la formula CT=C1+C2+C3+C4+Cn…

5.2.1.1. Tension de capacitores en paralelo

5.2.1.1.1. Al estar unidos todos los capacitores por un mismo conductor, se encuentran todos a la misma diferencia de potencial por lo tanto la tensión de cada uno es igual a la de otro e igual a la total. Vt = V1 =V2= V3 La carga total es igual a la suma de las cargas individuales. Q= Q1+ Q2+ Q3+ Qn

5.3. CAPACITANCIA EQUIVALENTE EN CAPACITORES EN SERIE

5.3.1. La capacitancia equivalente es la capacidad de almacenamiento de energía total presente en los capacitores de un circuito, el valor total de los capacitores en serie es igual al recíproco de la suma de los recíprocos de las capacitancias. 1/Ceq =1/C1 +1/C2 +1/C3 +⋯+1/CN

6. POLARIZACION DE LA MATERIA

6.1. La polarización de la materia se entiende como el desplazamiento relativo de cargas a escala atómica cuya extensión depende de qué tan rígida sea la unión entre las cargas22,23. El vector de polarización P r se define como el momento dipolar por unidad de volumen, recordando que el momento dipolar total de una distribución de carga viene dado por la ecuación p =∑q_n (r_n )

6.1.1. Leyes constitutivas

6.1.1.1. Al discutir los mecanismos de polarización de moléculas de material dieléctrico hemos visto que la polarización del material debe relacionarse con la existencia de un campo externo que, o bien induce la formación de dipolos, o bien produce la orientación preferente de dipolos ya existentes en la dirección de dicho campo.

7. CONCEPTO DE RIGIDEZ DIELECTRICA

7.1. La rigidez dieléctrica de un material es la máxima tensión que es capaz de soportar sin que el material se perfore. Esa tensión se conoce como tensión de ruptura del material.

7.1.1. La rigidez dieléctrica se mide en voltios por metro V/m (en el SI).

7.1.2. Aislantes y Rigidez

7.1.2.1. Aislante eléctrico o dieléctrico es aquel material que tiene una conductividad eléctrica tan baja que se puede despreciar la corriente que pasa por él. Esta pequeñísima corriente que pasa a través de un aislante se denomina corriente de fuga. Cuanto mayor sea la rigidez dieléctrica de un material, mejor aislante eléctrico será.

8. SUSCEPTIBILIDAD, PERMITIVIDAD Y PERMITIVIDAD RELATIVA

8.1. La susceptibilidad eléctrica es una constante de proporcionalidad adimensional que indica el grado de polarización de un material dieléctrico en respuesta a un campo eléctrico aplicado . Cuanto mayor sea la susceptibilidad eléctrica, mayor será la capacidad de un material para polarizarse en respuesta al campo y, por lo tanto, reducir el campo eléctrico total dentro del material.

8.1.1. Permitividad dieléctrica

8.1.1.1. La permitividad dieléctrica absoluta es una constante de proporcionalidad entre la intensidad del campo eléctrico externo aplicado y el vector desplazamiento eléctrico, D: D=εE La permitividad absoluta ε, se define como el producto entre una permitividad relativa del material (ε_r), que es una constante adimensional y la permitividad dieléctrica del vacío (ε_0=8.854 X 10^(-12) F/m): ε=ε_0 ε_r

8.1.2. CAMPO VECTORIAL DE DESPLAZAMIENTO ELECTRICO

8.1.2.1. El desplazamiento eléctrico es un vector D(r, t) función de la posición r en el espacio y del tiempo t, o también D(r, w) función de la posición r en el espacio y de la frecuencia w.

8.1.2.1.1. En la mayor parte de los materiales D puede ser calculado como D=εE Donde ε es la permitividad eléctrica del material, que en un medio lineal, no isótropo es un tensor de segundo orden (una matriz). En el vacío ε=ε_0

9. EFECTOS DEL USO DE DIELECTRICOS EN LOS CAPACITORES

9.1. La mayor parte de los condensadores llevan entre sus láminas una sustancia no conductora o dieléctrica. Un condensador típico está formado por láminas metálicas enrolladas, separadas por papel impregnado en cera.

9.1.1. La función de un dieléctrico sólido colocado entre las láminas

9.1.1.1. ---Resuelve el problema mecánico de mantener dos grandes láminas metálicas a distancia muy pequeña sin contacto alguno. ---Consigue aumentar la diferencia de potencial máxima que el condensador es capaz de resistir sin que salte una chispa entre las placas (ruptura dieléctrica). ---La capacidad de un condensador de dimensiones dadas es varias veces mayor con un dieléctrico que separe sus láminas que si estas estuviesen en el vacío.