Condensador eléctrico para niños
Datos para niños Condensador |
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|---|---|---|
.jpg) Varios tipos de condensadores
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| Tipo | Pasivo | |
| Principio de funcionamiento | Capacidad eléctrica | |
| Invención | Ewald Georg von Kleist (1745) | |
| Primera producción | Hacia 1900 | |
| Símbolo electrónico | ||
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| Terminales | En condensadores cerámicos(izquierda): no presentan polaridad; en electrolíticos(derecha): negativo y positivo | |
Un condensador eléctrico es un componente electrónico que puede almacenar energía eléctrica. Imagina que es como una pequeña batería que guarda y libera electricidad rápidamente. Está hecho de dos partes conductoras (como placas de metal) separadas por un material aislante llamado dieléctrico o por el vacío.
Cuando conectas un condensador a una fuente de energía, una de sus placas se carga positivamente y la otra negativamente. Esta carga se mantiene incluso si lo desconectas del circuito. Por eso, es importante tener cuidado al manipular un condensador, ya que podría tener energía almacenada y dar una pequeña descarga. Siempre es buena idea conectar sus extremos con un cable por unos segundos antes de tocarlo, para que se descargue.
Contenido
Historia de los condensadores
¿Quién inventó el primer condensador?
En 1745, un científico alemán llamado Ewald Georg von Kleist descubrió que podía almacenar carga eléctrica en una botella de vidrio con agua. Él conectó un generador de electricidad a la botella y sintió una fuerte descarga al tocar el cable. Se dio cuenta de que la botella estaba guardando la electricidad.
La Botella de Leyden
Al año siguiente, en los Países Bajos, el físico Pieter van Musschenbroek inventó un dispositivo similar, que se conoció como la botella de Leyden. También se sorprendió por la fuerza de la descarga que producía.
Mejoras y el término "batería"
Más tarde, Daniel Gralath fue el primero en unir varias botellas de Leyden para aumentar su capacidad de almacenamiento. Benjamin Franklin investigó la botella de Leyden y descubrió que la carga se almacenaba en el vidrio, no en el agua. Él también usó por primera vez la palabra "batería" para referirse a un grupo de unidades similares que aumentan la potencia, como las baterías de artillería. Gracias a Franklin, las botellas de Leyden se hicieron cubriendo el interior y exterior con láminas de metal.
Evolución de los materiales
Hasta principios del siglo XX, se usaban botellas de Leyden o dispositivos con placas de vidrio y metal. Con la invención de la telegrafía sin cables, se necesitaron condensadores más avanzados. En 1782, Alessandro Volta usó por primera vez el término "condensador".
Desde el principio, se usaron materiales como vidrio, porcelana, papel y mica como aislantes (dieléctricos) entre las placas. Los condensadores de mica, inventados por William Dubilier en 1909, fueron muy comunes en Estados Unidos antes de la Segunda Guerra Mundial.
Los primeros condensadores electrolíticos fueron inventados por Charles Pollak en 1896. Estos usaban un líquido especial. En la década de 1950, se desarrollaron los condensadores de tántalo más pequeños y confiables, que ayudaron al desarrollo de los transistores.
Durante la Segunda Guerra Mundial, se empezaron a usar películas delgadas de plástico en lugar de papel para los condensadores. Hoy en día, también existen los supercondensadores, que pueden almacenar muchísima energía.
¿Qué es la capacidad de un condensador?
La capacidad (C) de un condensador es una medida de cuánta carga eléctrica puede almacenar. Se calcula dividiendo la cantidad de carga (Q) que tiene una de sus placas entre la diferencia de voltaje (V) entre las dos placas.
La fórmula es:
Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C=\frac{Q}{V}
Esto significa que un condensador con mayor capacidad puede almacenar más carga con el mismo voltaje. Sin embargo, todos los condensadores tienen un voltaje máximo que pueden soportar. Si se supera ese voltaje, el condensador puede dañarse.
El papel del dieléctrico
El material aislante (dieléctrico) que se encuentra entre las placas del condensador es muy importante. Si se usa un dieléctrico, la capacidad del condensador aumenta. Esto se debe a que el dieléctrico ayuda a que se almacene más energía, ya que sus moléculas se "polarizan" (se alinean) cuando se aplica el voltaje, lo que permite guardar más carga.
Energía almacenada
Un condensador almacena energía eléctrica en su campo eléctrico. La cantidad de energía (E) que puede guardar se calcula con la siguiente fórmula:
Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): E=\frac{1}{2}C V^2
Donde C es la capacidad y V es el voltaje. Esta energía puede ser liberada y usada en un circuito cuando el condensador se descarga. Por ejemplo, esta capacidad de almacenar energía se usa en las memorias de las computadoras.
Carga y descarga de un condensador
Cuando conectas un condensador a una fuente de energía a través de una resistencia, el condensador empieza a cargarse. La corriente fluye y las placas acumulan carga. Una vez que el condensador está completamente cargado, la corriente deja de circular.
Si desconectas la fuente y conectas el condensador a una resistencia, el condensador empieza a descargarse. La carga fluye de una placa a la otra a través de la resistencia hasta que el condensador no tiene más energía. La velocidad a la que se carga o descarga un condensador depende de su capacidad y de la resistencia del circuito.
Reactancia capacitiva
En los circuitos de corriente alterna (CA), un condensador se opone al paso de la electricidad de una manera especial, a esto se le llama reactancia capacitiva (XC). Su valor depende de la frecuencia de la corriente alterna y de la capacidad del condensador.
La corriente en un condensador en CA se adelanta a la tensión, lo que significa que la corriente alcanza su punto máximo antes que el voltaje.
Cómo se asocian los condensadores
Los condensadores se pueden conectar de dos formas principales: en serie o en paralelo.
Conexión en serie
Cuando los condensadores se conectan uno tras otro (en serie), la capacidad total del conjunto es menor que la capacidad de cualquiera de ellos individualmente. Se calcula con la siguiente fórmula:
| Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): {1 \over C_{total} } ={1 \over C_1} + {1 \over C_2} + ... + {1 \over C_n} |
Conexión en paralelo
Cuando los condensadores se conectan lado a lado (en paralelo), la capacidad total es la suma de las capacidades individuales de cada condensador.
| Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C_{total} = C_1 + C_2 +...+ C_n |
Condensadores variables
Un condensador variable es aquel cuya capacidad se puede cambiar. Esto se logra modificando el área de las placas, la distancia entre ellas o el tipo de material dieléctrico.
Por ejemplo, algunos condensadores variables tienen una placa móvil que se acerca o se aleja de la otra, cambiando así la distancia y, por lo tanto, la capacidad. Esto puede usarse en sensores de movimiento. Otro tipo son los diodos Varicap, que cambian su capacidad con el voltaje aplicado.
Tipos de condensadores
Los condensadores se clasifican de varias maneras, por ejemplo, si tienen polarización o por el material de su dieléctrico.
Según la polarización
- Condensadores polarizados: Estos condensadores tienen un terminal positivo y uno negativo, y deben conectarse correctamente al circuito (positivo con positivo, negativo con negativo). Si se conectan al revés, pueden dañarse o incluso explotar. Suelen tener una capacidad alta y no se usan en circuitos de corriente alterna. Los condensadores electrolíticos y de tántalo son de este tipo.
- Condensadores no polarizados: Estos se pueden conectar en cualquier dirección en el circuito. Generalmente tienen una capacidad menor que los polarizados y se usan en circuitos de corriente alterna. Los condensadores cerámicos son un ejemplo.
Según el material dieléctrico
El material que se encuentra entre las placas del condensador afecta su capacidad y sus características. Aquí hay algunos ejemplos:
| Material intermedio | Constante dieléctrica (K) |
|---|---|
| Vacío | 1 |
| Aire | 1,00059 |
| Teflón | 2,1 |
| Poliestireno | 2,56 |
| Papel | 3,7 |
| Baquelita | 4-4.6 |
| Mica moscovita | 4.8-8 |
| Vidrio Pyrex | 5,6 |
| Porcelana electrotécnica | 6.5 |
| Agua | 80.08 |
- Condensadores de aire: Usan aire como dieléctrico. Tienen capacidades muy pequeñas y se usaban en radios y radares por su buen rendimiento a altas frecuencias.
- Condensadores de mica: La mica es un material que soporta altas temperaturas y no se daña fácilmente. Estos condensadores funcionan bien a altas frecuencias y voltajes, pero son más caros.
- Condensadores de papel: Usan papel tratado con parafina o resina como dieléctrico. Se enrollan en espiral y se usan en aplicaciones industriales. Algunos son "autorregenerables", lo que significa que si hay una sobrecarga, el material se repara solo.
- Condensadores electrolíticos: Son muy comunes y tienen una alta capacidad. Usan un electrolito (un líquido o gel conductor) y una capa muy fina de óxido como aislante. Los hay de aluminio y de tántalo. Son polarizados y no deben usarse en corriente alterna a menos que sean bipolares (dos condensadores en serie inversa).
- Condensadores de poliéster o Mylar: Usan láminas delgadas de poliéster con aluminio. Son comunes y también existen de policarbonato y polipropileno.
- Condensadores cerámicos: Utilizan cerámicas como dieléctrico. Son pequeños y se usan en una amplia gama de frecuencias, incluso en microondas.
- Condensadores de carbón activado (supercondensadores): Estos son muy especiales porque pueden almacenar muchísima energía, del orden de cientos o miles de faradios. Se usan en relojes y prototipos de automóviles eléctricos.
Aplicaciones de los condensadores
Los condensadores se usan en muchos dispositivos electrónicos que usamos todos los días:
- Para almacenar energía, como en las baterías.
- En las memorias de las computadoras.
- Para filtrar señales eléctricas en circuitos.
- En las Fuentes de alimentación de los aparatos electrónicos.
- En los flashes de las cámaras fotográficas.
- En los tubos fluorescentes.
- Para arrancar motores eléctricos.
- Para mantener la corriente estable en un circuito y evitar caídas de voltaje.
Véase también
En inglés: Capacitor Facts for Kids
- Botella de Leyden
- Dieléctrico
- Micrófono de condensador
- Supercondensador
