CAPACITANCIA Y CAPACITADORES
temas a tratar :
la capacitacia , sus unidades de medida, calcular la
capacitancia de condensadores de placas paralelas teniendo en cuenta su
área,(ejemplos resueltos) vamos a identificar la Q= carga electrica medida en
columbios .V= voltaje o diferencia de potencias y W= energia del
condensador medida en jeules y finalmente veremos la biografia de michel
faraday el hombre encargado del estudio de todos estos fenómenos.
CAPACITANCIA = 1F = 1 C
Se define como la razón entre la magnitud
de la carga de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de
potencial entre ellos.
La capacitancia siempre es una cantidad
positiva y puesto que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga
almacenada se incrementa, la proporción Q / V es constante para un capacitor
dado. En consecuencia la capacitancia de un dispositivo es una medida de su
capacidad para almacenar carga y energía potencial eléctrica.
CAPACITANCIA EN UN CONDENSADOR DE PLACAS PARALELAS
Antes de buscar la capacitancia entre placas paralelas,
previamente se debe buscar la diferencia de potencial entre las placas. Para
calcularlo este condensador se tratara suponiendo que las dimensiones de las
placas son mucho mayores que la distancia de separación entre ellas y, por tanto,
estas se modelaran por dos planos infinitos cargados. Teniendo en cuenta la
expresión para el campo producido por un plano cargado uniformemente, en el
caso de dos planos infinitos cargados con distinta polaridad, por superposición
se tiene que:
Para calcular la diferencia de potencial entre las placas
del condensador, se integrar el camino del campo eléctrico entre una placa y
otra.
Dado que la carga de cada una de las placas finitas viene
dada por Q= ρsS, la capacidad del condensador de placas paralelas esta muy
aproximadamente.
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| imagen 1 |
entonces para calcular un condensador con
placas paralelas, se utiliza la siguiente formula:
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| imagen 2 |
para calcular este con su respectiva area se debe saber su medida
y su diametro como se muestra a continuación
imagen 2
CAPACIDAD ELECTRICA
En electromagnetismo y electrónica,
la capacidad eléctrica, que es también conocida como capacitancia, es
la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La
capacidad es también una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada
para una diferencia de potencial eléctrico dada. El dispositivo más común que
almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión)
existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se
describe mediante la siguiente expresión matemática:
donde:
C
es la capacidad, medida en faradios (en
honor al físico experimental Michael
Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse
submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.
Q es
la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
V es la diferencia de potencial (o
tensión), medida en voltios
CARGA ELÉCTRICA Q
La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de
algunas partículas subatómicas que se
manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la
mediación de campos electromagnéticos. La materia cargada
eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez,
generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre
carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de
la física.
Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una
medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones.
Una de las principales características de la carga eléctrica
es que, en cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado
siempre se conserva. Es decir, la suma algebraica de las cargas positivas y
negativas no varía en el tiempo.
La carga eléctrica es de naturaleza discreta,
fenómeno demostrado experimentalmente por Robert
Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó
carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen
carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna
carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se los ha podido observar libres en
la naturaleza.1
El culombio o coulomb (símbolo C)
es la unidad derivada del sistema
internacional para la medida de la magnitud
física cantidad de electricidad (carga eléctrica). Nombrada en honor del físico
francés Charles-Augustin de Coulomb.
Se define como la cantidad de carga transportada en un
segundo por una corriente de un amperio de intensidad de corriente eléctrica.
1C= 1 A * S
En principio, el culombio sería definido en términos de
cantidad de veces la carga elemental. El culombio puede ser negativo o
positivo. El culombio negativo equivale a
6,241 509 629 152 650×1018 veces la carga de un electrón.El
culombio positivo se obtiene de tener un defecto de electrones alrededor a
6,241 509 629 152 650×1018, o una acumulación equivalente
de cargas positivas.
También puede expresarse en términos de capacidad y voltaje,
según la relación:
1C= 1F*V
VOLTAJE
los voltios son unidades de medida para la corriente
eléctrica. Son una magnitud de voltaje o también llamada tensión o
diferencia de potencial. Se puede definir como la diferencia de potencial
eléctrico entre dos puntos, o con otras definiciones que da la wikipedia con
las cuales posiblemente te quedes como estabas.
¿como se miden los voltios ?
Para comprender este concepto de forma más simple,
pensemos en un material con una carga electricas de más electrones
de lo que sus átomos pueden sostener (ionizado negativamente) y un material
carente de electrones (ionizado positivamente).
El voltaje es el
diferencial eléctrico entre ambos cuerpos, considerando que si
ambos puntos establecen un contacto de flujo de electrones ocurriría una
transferencia de energía de un punto al otro, debido a que los electrones (con
carga negativa) son atraídos por protones (con carga positiva), y a su vez, que
los electrones son repelidos entre sí por contar con la misma carga.
ENERGIA DE UN CONDENSADOR MEDIDA EN JULIES
La energía almacenada en un condensador, medida en julios,
es igual al trabajo realizado para cargarlo. Consideremos un
condensador con una capacidad C, con una carga +q en una placa
y -q en la otra. Para mover una pequeña cantidad de carga
dq desde una placa hacia la otra en sentido contrario a la diferencia
de potencial se debe realizar un trabajo dW:
dW = q / Q * dq
donde
W es el trabajo realizado, medido en julios;
q es la carga, medida en coulombios;
MICHEL FARADAY
Fue un físico y químico británico que
estudió el electromagnetismo y la electroquímica. Sus
principales descubrimientos incluyen la inducción electromagnética, el diamagnetismo y
la electrólisis. Faraday es uno de los científicos
más influyentes de la historia. Debido a su estudio del campo magnético alrededor de un conductor por el que circula corriente continua, Faraday fijó las bases para
el desarrollo del concepto de campo electromagnético. Faraday
también estableció que el magnetismo podía
afectar a los rayos de luz y
que había una relación subyacente entre ambos fenómenos. Descubrió asimismo el
principio de inducción electromagnética, diamagnetismo, las leyes de la electrólisis e
inventó algo que él llamó dispositivos de rotación electromagnética, que
fueron los precursores del actual motor eléctrico.
En el campo de la química,
Faraday descubrió el benceno, investigó el clatrato de cloro, inventó un
antecesor del mechero de Bunsen, el sistema de números de oxidación e introdujo términos
como ánodo, cátodo, electrodo e ion. Finalmente, fue el
primero en recibir el título de Fullerian Professor of Chemistry en la Royal
Institution de Gran Bretaña, que ostentaría hasta su muerte.
Faraday nació en Newington, que es ahora parte
del Municipio de Southwark de
Londres, pero que, en aquel entonces, era una zona suburbana del condado deSurrey.6 No
provenía de una familia rica. Su padre, James, miembro de una secta cristiana,
se trasladó junto a su esposa y sus dos hijos a Londres durante el invierno de
1790, desde Outhgill, en Westmorland, donde trabajó como aprendiz del herrero
del pueblo.7 Michael
nació durante el otoño de ese año. El joven Michael Faraday, el tercero de
cuatro hermanos, llegó a ser, a la edad de 14, aprendiz de George Riebau,
encuadernador y vendedor de libros de la ciudad.8Durante
los siete años que duró su aprendizaje, Faraday leyó muchos libros, entre
ellos The improvement of the Mind, de Isaac Watts,
implementando con gran entusiasmo los principios y sugerencias ahí escritos.
Durante esta época también desarrolló su interés por la ciencia, especialmente
por el fenómeno eléctrico.
Por la década de 1820 Faraday ya había conseguido una buena
reputación como químico analítico, y algunos organismos oficiales solicitaban
su opinión; en particular, un comité del parlamento investigó la confiabilidad
de la lámpara para mineros, que inventó Davy, pidiendo la asesoría de Faraday.
Éste afirmó que la lámpara no era tan confiable como Davy aseguraba. A partir
de esto empezó un distanciamiento entre ambos; es posible agregar también que
el ingenio y el intenso trabajo sobre varios problemas a los que Faraday fue
introducido, produjo un fuerte resentimiento en Davy.
Faraday también inició investigaciones según sus intereses;
por ejemplo, ya que la ignición de vapores de aceites era importante para el
desarrollo de la iluminación de Londres, estudió varios aceites que podían ser
usados en el calentamiento de habitaciones y en la iluminación, lo cual lo
llevó a descubrir el benceno en 1825.
En 1818, junto con James Stodart, realizó una serie de
experimentos sobre aleaciones de aceros, con el fin de hacerlos más resistentes
a las inclemencias del tiempo, pero como había empleado metales raros como
platino, rodio y plata, no se pudieron producir industrialmente. En 1821
Faraday se casó con Sarah Barnard, hermana de uno de los miembros de The City
Philosophical Society, quien, al igual que Michael, era sandemaniana, y cuyo
padre era pastor. Se dice que alrededor de 1840 sustituyó a su suegro como
predicador durante tres años.
Aunque en los primeros años la principal actividad de
Michael Faraday se centró en la química, su viejo amigo Phillips, ahora
director de los Annals of Philosophy, lo hizo regresar a la electricidad
cuando en 1821 le pidió que escribiera una revisión sobre los trabajos de
electromagnetismo de Oersted, Ampère y Biot-Savart, aparecidos el año anterior.
El primer descubrimiento de Faraday sobre el electromagnetismo se realizó el 3
de septiembre de 1821 pues, como era habitual en él, repitió cada uno de los
experimentos que tenía que reportar. Al repetir el experimento de Oersted con
una aguja magnética localizada en diversos puntos alrededor de un alambre que
conducía una corriente, Faraday encontró que la fuerza ejercida por la
corriente sobre el imán era de naturaleza circular. Inmediatamente construyó un
rotor electromagnético basado en esta idea [19]. Entonces, una barra magnética
fija en un extremo podía girar alrededor del alambre que conducía la corriente,
a lo largo de la línea de fuerza que actuaba sobre el polo móvil. Diseñó además
otro dispositivo con el imán fijo y con uno de los extremos del alambre
conductor móvil, pero que tocaba levemente la superficie del mercurio que
utilizó para cerrar el circuito. El alambre que transportaba la corriente
giraba alrededor del imán; así con estos dos dispositivos, demostraba el
acuerdo con la tercera ley de Newton, pues el imán también ejercía una fuerza
sobre el alambre. Estos experimentos, que de hecho constituyen la
transformación de energía eléctrica en mecánica, proporcionan el principio
básico de los motores eléctricos. Sin embargo, la línea de desarrollo para la
construcción de los motores se inició en un descubrimiento posterior; en 1831:
la inducción electromagnética.
WEBGRAFIA :
