Capacitores

1) Dibujen la estructura tipica de un capacitor, indiquen que factores fisicos determinan la capacidad. defina matematicamente la capacidad en funcion de estos parametros y de la constante del dielectrico usado.




2) ¿Que es la constante dielectrica? Unidades.

La constante dieléctrica o permitividad relativa de un medio continuo es una propiedad macroscópica de un medio dieléctrico relacionado con la permitividad eléctrica del medio.

en relación la rapidez de las ondas electromagnéticas en un dieléctrico es:

donde k es la constante dieléctrica y km es la permeabilidad relativa

El nombre proviene de los materiales dieléctricos, que son materiales aislantes o muy poco conductores por debajo de una cierta tensión eléctrica llamada tensión de rotura. El efecto de la constante dieléctrica se manifiesta en la capacidad total de un condensador eléctrico. Cuando entre los conductores cargados o paredes que lo forman se inserta un material dieléctrico diferente del aire (cuya permitividad es prácticamente la del vacío) la capacidad de almacenamiento de la carga del condensador aumenta. De hecho la relación entre la capacidad inicial C_i y la final C_f vienen dada por la constante eléctrica:

Donde ε es la permitividad eléctrica del dieléctrico que se inserta.

Además el valor de la constante dieléctrica K de un material define el grado de polarización eléctrica de la substancia cuando esta se somete a un campo eléctrico exterior. El valor de Kes afectado por muchos factores, como el peso molecular, la forma de la molécula, la dirección de sus enlaces (geometría de la molécula) o el tipo de interacciones que presente.

Cuando un material dieléctrico remplaza el vacío entre los conductores, puede presentarse la polarización en el dieléctrico, permitiendo que se almacenen cargas adicionales.

La magnitud de la carga que se puede almacenar entre los conductores se conoce como capacitancia ésta depende de la constante dieléctrica del material existente entre los conductores, el tamaño, la forma y la separación de los mismos.

Medición de la constante dieléctrica de los materiales

La constante dieléctrica puede ser medida de la siguiente manera, primero medimos la capacidad de un condensador de prueba en el vacío C_i (o en aire si aceptamos un pequeño error), luego usando el mismo condensador y la misma distancia entre sus placas se mide la capacidad con el dieléctrico insertado entre ellas C_f.

La constante dieléctrica puede ser calculada como:

Factores de disipación y pérdidas dieléctricas

Cuando aplicamos una corriente alterna a un dieléctrico perfecto, la corriente adelantará al voltaje en 90°, sin embargo debido a las pérdidas, la corriente adelanta el voltaje en solo 90°-δ, siendo δ el ángulo de pérdida dieléctrica. Cuando la corriente y el voltaje están fuera de fase en el ángulo de pérdida dieléctrica se pierde energía o potencia eléctrica generalmente en forma de calor.

El factor de disipación está dado por FD=Tan δ y el factor de pérdida dieléctrica es FP=K Tan δ.

K para diferentes materiales

Dieléctrico------K

Vacio---------------1.0

Aire----------------1.004

Teflon----------------2.1

(CH₂CH₂)_n----------------2.25

C₆H₆----------------2.28

PET((C₁₀H₈O₄)_n)----------------3.1

SiO₂ ------------3.9

Papel--------------4-6

Al₂-------------5.9

TiO₃------------100

BaTiO₃----------1500

PMN ---------------->10000

Pb(Mg_1/3 Nb_2/3)O₃

3) Defina la capacidad electrica, electricamente en funcion de las cargas acumuladas y la tension. efectuen un analizis dimencional.

En electromagnetismo y electrónica, la capacidad o capacitancia eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacitancia también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado. 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 ecuación:

donde:

•  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.
•  es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
•  es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.

Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometría del condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.

6) ¿Para que se utilizan los capacitores en electronica? Dar ejemplos.

El símbolo del capacitor se muestra al lado derecho:

La capacidad depende de las características físicas del condensador:
- Si el área de las placas que están frente a frente es grande la capacidad aumenta
- Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad
- El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas también afecta la capacidad
- Si se aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada.

Dieléctrico o aislante

Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente, y su función es aumentar la capacitancia del capacitor.

Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tiene diferentes grados depermitividad(diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico

Mientras mayor sea la permitividad, mayor es la capacidad del condensador. Lacapacitancia de un condensador está dada por la fórmula: C = Er x A / d

donde:

- C = capacidad
- Er = permitividad
- A = área entre placas
- d = separación entre las placas

La unidad de medida es el faradio. Hay submúltiplos como el miliFaradio (mF), microFaradio (uF), el nanoFaradio (nF) y el picoFaradio (pF)

Las principales características eléctricas de un condensador son su capacidad o capacitancia y su máxima tensión entre placas (máxima tensión que es capaz de aguantar sin dañarse).

7) Explique que limita el uso de los capacitores en altas frecuencias. ¿cuales de los capacitores son los mas adecuados para las altas frecuencias?