Capacitores,   capacitancia y dieléctricos

Un condensador o capacitor es un dispositivo pasivo utilizado en electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Imagina que un capacitor es como una pequeña batería, pero en lugar de producir energía, lo que hace es almacenarla para luego usarla cuando la necesitemos. Es como una lonchera que guarda tu comida hasta la hora del recreo.

¿Cómo funciona?

Un capacitor tiene dos platos grandes (que llamamos placas) y entre ellos hay algo que los separa, que podemos imaginar como el aire o un papel especial. Cuando conectamos el capacitor a una batería, este empieza a almacenar energía eléctrica en las placas. Es como si llenáramos la lonchera con bocadillos.

Tipo de capacitores

Capacitor Cerámico:
Imagina un pequeño pastelito que puede guardar electricidad. Estos capacitores son como esos pastelitos, pero en lugar de crema tienen un material especial llamado cerámica que ayuda a guardar la electricidad.

Capacitor Electrolítico:

Estos capacitores son como latas de soda. Guardan mucha más electricidad que los capacitores cerámicos y se utilizan cuando necesitamos mucha energía, como para encender la televisión.

Capacitor de Tantalio: Estos son como superhéroes de los capacitores porque pueden guardar mucha electricidad en un espacio muy pequeño. Son muy importantes en cosas pequeñas como teléfonos celulares.

Capacitor de Película:

Piensa en estos capacitores como libros delgados. Usan una película plástica especial para almacenar la electricidad. Son buenos amigos de los aparatos electrónicos porque no les gusta la humedad.

Los dieléctricos son materiales que no conducen electricidad pero que tienen la capacidad de ser influenciados por campos eléctricos, lo que mejora la capacidad de almacenamiento de un capacitor. Al colocar un material dieléctrico entre las placas de un capacitor, se aumenta su capacitancia, es decir, su capacidad para almacenar carga eléctrica.

Otros:

Capacitores de Mica:

Capacitores de Poliestireno: Capacitores Variables:

                                   

Supercapacitores (o ultracapacitores):

Capacitores de Polipropileno:

Una vez que un capacitor está cargado, puede retener esta carga y la energía asociada durante un período de tiempo. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias, un capacitor eventualmente se descargará, liberando su energía almacenada.

Dieléctricos: El Componente Esencial en los Capacitores

Los dieléctricos son materiales que no conducen electricidad, pero pueden soportar un campo electrostático. Son esenciales en la construcción de capacitores, donde sirven como el material aislante entre las placas del capacitor. Este blog explorará qué son los dieléctricos, sus propiedades, tipos y su papel en los capacitores.

¿Qué son los Dieléctricos?
Los dieléctricos son materiales aislantes que pueden polarizarse por un campo eléctrico. Cuando se colocan en un campo eléctrico, las cargas dentro del dieléctrico no fluyen como en los conductores, sino que se desplazan ligeramente desde sus posiciones de equilibrio. Este desplazamiento crea una polarización dieléctrica, que reduce el campo general dentro del material.

Tipos de Dieléctricos
Dieléctricos Cerámicos: Hechos de materiales cerámicos, estos dieléctricos tienen alta permisividad y se utilizan comúnmente en pequeños capacitores para aplicaciones de alta frecuencia.

Dieléctricos de Película Plástica: Se utilizan en capacitores de película y son conocidos por su alta resistencia de aislamiento y estabilidad.

Dieléctricos de Mica: Conocidos por su excelente estabilidad y baja pérdida, los dieléctricos de mica se utilizan en aplicaciones que requieren alta precisión.

Dieléctricos Electrolíticos: Utilizados en capacitores electrolíticos, estos dieléctricos pueden ofrecer valores de capacitancia altos en un pequeño volumen, pero generalmente tienen corrientes de fuga más altas y vidas útiles más cortas.

La estructura básica de un capacitor consiste en dos conductores separados por un material aislante, que es el dieléctrico. Aquí te dejo una descripción más detallada de cada componente:

Placas Conductoras: Son las dos superficies metálicas paralelas que forman el capacitor. Estas placas pueden estar hechas de materiales como aluminio, tantalio o cerámica recubierta con un metal conductor. Las placas conductoras son donde se acumulan las cargas eléctricas.

Dieléctrico: Es el material aislante que se encuentra entre las placas conductoras. Su función principal es evitar que las cargas eléctricas se muevan libremente de una placa a otra, permitiendo así que el capacitor almacene energía en forma de campo eléctrico entre las placas. El tipo de dieléctrico utilizado puede variar según la aplicación y puede ser cerámico, plástico, papel impregnado en aceite, entre otros.

Terminales: Son los puntos de conexión del capacitor que permiten conectarlo a un circuito eléctrico. Cada placa conductora tiene un terminal que sobresale del encapsulado del capacitor.

Encapsulado: Es la cubierta externa que protege las placas conductoras y el dieléctrico. Puede estar hecho de plástico, cerámica u otros materiales aislantes y puede tener diferentes formas y tamaños según el tipo de capacitor.

Capacitores en Serie:

• Cuando los capacitores están conectados en serie, se conectan uno después del otro, compartiendo la misma corriente.
• La capacitancia total de los capacitores en serie es menor que la capacitancia de cualquier capacitor individual.
• La tensión en cada capacitor puede ser diferente, pero la corriente que pasa a través de todos los capacitores es la misma.
• Para calcular la capacitancia total en serie, se utiliza la fórmula: $\frac{1}{{𝐶}_{\text{total}}}=\frac{1}{{𝐶}_1}+\frac{1}{{𝐶}_2}+\frac{1}{{𝐶}_3}+\dots$.

Capacitores en Paralelo:

• Cuando los capacitores están conectados en paralelo, todas las placas positivas están conectadas entre sí y todas las placas negativas están conectadas entre sí.
• La capacitancia total de los capacitores en paralelo es la suma de las capacitancias individuales.
• La tensión a través de cada capacitor es la misma, pero la corriente total se divide entre los capacitores.
• Para calcular la capacitancia total en paralelo, simplemente se suma la capacitancia de cada capacitor: ${𝐶}_{\text{total}}={𝐶}_1+{𝐶}_2+{𝐶}_3+\dots$.

En resumen, en serie se suma la inversa de las capacitancias, mientras que en paralelo se suman directamente. Esto afecta cómo se comportan en términos de capacitancia total y distribución de corriente y tensión.

Capacitancia

Capacitancia es una medida de la capacidad de un capacitor para almacenar carga eléctrica. Se define como la cantidad de carga eléctrica que un capacitor puede almacenar por cada unidad de voltaje aplicado a sus placas. La unidad de capacitancia es el faradio (F), aunque en la práctica se suelen utilizar unidades más pequeñas como el microfaradio (μF) y el picofaradio (pF).

Imagina que tienes una gran caja de almacenamiento y quieres llenarla de pelotas de juguete. La "capacitancia" es como saber cuántas pelotas puedes poner en la caja antes de que esté completamente llena. En un capacitor, en lugar de pelotas, estamos almacenando "carguitas eléctricas", y la capacitancia nos dice cuántas de estas carguitas puede guardar el capacitor cuando le damos un empujoncito de energía (voltaje).

 

Aplicaciones

Electrónica Cotidiana:

Cámaras: En las cámaras, los capacitores ayudan a que el flash se encienda al proporcionar un estallido rápido de energía.
Computadoras: Ayudan a mantener estable el suministro de energía en las computadoras, asegurando que funcionen de manera eficiente y sin interrupciones.

Mejorar la Energía Eléctrica:

Electrodomésticos: En sistemas como aire acondicionado y refrigeradores, los capacitores ayudan a iniciar y mantener en funcionamiento los motores, haciendo que usen la energía más eficientemente.

Sistemas de Audio:

Equipos de Sonido: En altavoces y sistemas de audio, los capacitores filtran y modifican las señales de audio, ayudando a mejorar la calidad del sonido que escuchamos.

Comunicaciones:

Radios y TV: Los capacitores están en dispositivos que captan y envían señales, como radios y televisores, donde ayudan a seleccionar las frecuencias correctas para asegurarse de que la señal sea clara.

Transporte:

Autos y Transporte Público: Los supercapacitores, que son una versión más potente de los capacitores comunes, se utilizan en algunos vehículos eléctricos para proporcionar ráfagas rápidas de energía, necesarias, por ejemplo, cuando el vehículo necesita arrancar o acelerar.

Referencias:

- Wikipedia contributors. (s/f). Condensador eléctrico. Wikipedia, The Free Encyclopedia. https://es.wikipedia.org/w/index.phptitle=Condensador_el%C3%A9ctrico&oldid=158349340
- Mecafenix, I. (2019, febrero 20). Que es un capacitor y como funciona. Ingeniería Mecafenix. https://www.ingmecafenix.com/electronica/componentes/el-capacitor/
- Wikipedia contributors. (s/f). Capacidad eléctrica. Wikipedia, The Free Encyclopedia. https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Capacidad_el%C3%A9ctrica&oldid=154175915
- Capacitor Cerâmico 47K x 50V - 020-0473. (s/f). Com.br. Recuperado el 10 de mayo de 2024, de https://www.sotudo.com.br/produto/capacitor-ceramico-47k-50v
-Capacitor Electrolítico 1000uf 16v. 105 °c (10 Piezas). (s/f). Com.mx. Recuperado el 10 de mayo de 2024, de https://articulo.mercadolibre.com.mx/MLM-825454672-capacitor-electrolitico-1000uf-16v-105-c-10-piezas-_JM
-No Javascript detected. (2022, abril 7). RS Components Indonesia; RS-Online. https://www.rs-online.id/p/t350-radial-tantalum-capacitor35v1uf/
- This product is no longer available. (s/f). Alibaba.com. Recuperado el 10 de mayo de 2024, de https://www.alibaba.com/product-detail/KNSCHAMetallized-film-capacitor-223J-630V-polypropylene_60377819369.html
-Torres, H. (2017, noviembre 27). Capacitor: Componente pasivo de electrónica RLC HETPRO TUTORIAL. HeTPro-Tutoriales. https://hetpro-store.com/TUTORIALES/capacitor/
-Capacitor Polipropileno 16uF x 450Vac 50/60Hz Plástico Faston CBB60 TK. (s/f). Ponto da Eletrônica. Recuperado el 10 de mayo de 2024, de https://www.pontodaeletronica.com.br/capacitor-polipropileno-16uf-x-450vac-50-60hz-plastico-faston-cbb60-tk.html
-June. (2019, junio 30). 3pcs super capacitor 2.7V 40F 40x18mm Low ESR high frequency super farad capacitor for car vehicle auto power supply. Blogspot.com. https://hellakharlamova.blogspot.com/2019/06/3pcs-super-capacitor-27v-40f-40x18mm.html
-Mica Capacitors. (s/f). IndiaMART. Recuperado el 10 de mayo de 2024, de https://dir.indiamart.com/impcat/mica-capacitors.html
-(S/f-a). Ebay.com. Recuperado el 10 de mayo de 2024, de https://www.ebay.com/itm/Polystyrene-Capacitors-K71-5B-0-12uF-120nF-160V-Diamond-tolerance-2-2pcs-/223031765939
-(S/f). Cedist.com. Recuperado el 10 de mayo de 2024, de https://www.cedist.com/products/capacitor-365pf-variable-single-section
-(S/f). Cedist.com. Recuperado el 10 de mayo de 2024, de https://www.cedist.com/products/capacitor-365pf-variable-single-section
-The Editors of Encyclopedia Britannica. (2024). capacitance. En Encyclopedia Britannica.
-Cruzito. (2020, septiembre 9). Capacitancia: Unidades y fórmula. Estudyando. https://estudyando.com/capacitancia-unidades-y-formula/

-ChatGPT. (s/f). Chatgpt.com. Recuperado el 10 de mayo de 2024, de https://chatgpt.com/