Condensador de Placas Paralelas: Definición Fórmula y Aplicaciones
Un condensador de placas paralelas es un dispositivo que puede almacenar carga eléctrica y energía en forma de campo eléctrico entre dos placas conductoras. Las placas están separadas por una pequeña distancia y están conectadas a una fuente de v tensión, como una batería. El espacio entre las placas puede estar lleno de aire, vacío o un material dieléctrico, que es un aislante que puede ser polarizado por un campo eléctrico.
¿Qué es un condensador de placas paralelas?
Un condensador de placas paralelas se define como un arreglo de dos placas metálicas de igual área A y carga opuesta Q, separadas por una distancia d. Las placas están conectadas a una fuente de voltaje V, que crea una diferencia de potencial eléctrico entre ellas. El campo eléctrico E entre las placas es uniforme y perpendicular a las placas, como se muestra en la Figura 1.
El campo eléctrico E entre las placas está dado por:
donde V es el voltaje entre las placas, d es la separación entre las placas, σ es la densidad superficial de carga en cada placa, y ϵ0 es la permitividad del espacio libre.
El campo eléctrico E induce una polarización P en el material dieléctrico, que es el momento dipolar por unidad de volumen del material. La polarización P reduce el campo eléctrico E efectivo dentro del dieléctrico e incrementa la capacidad C del condensador.
La capacidad C de un condensador de placas paralelas es la relación entre la carga Q en cada placa y el voltaje V entre las placas:
La capacidad C depende de la geometría de las placas y del material dieléctrico entre ellas. Para un condensador de placas paralelas con aire o vacío entre las placas, la capacidad C está dada por:
donde A es el área de cada placa y d es la separación entre las placas.
Para un condensador de placas paralelas con un material dieléctrico entre las placas, la capacidad C está dada por:
donde k es la permitividad relativa o constante dieléctrica del material, que es una cantidad adimensional que mide cuán fácilmente el material puede ser polarizado por un campo eléctrico.
La permitividad relativa k de un material dieléctrico siempre es mayor o igual a 1. Cuanto mayor sea el valor de k, más carga se puede almacenar en el condensador para un voltaje dado, y por lo tanto, mayor será la capacidad.
Aplicaciones de los condensadores de placas paralelas
Los condensadores de placas paralelas tienen muchas aplicaciones en diversos campos de la ciencia e ingeniería. Algunas de ellas son:
Filtrado: Los condensadores de placas paralelas pueden utilizarse para filtrar frecuencias o ruido no deseados de una señal eléctrica. Por ejemplo, pueden bloquear corriente directa (CD) y permitir que pase la corriente alterna (CA). También pueden utilizarse para suavizar fluctuaciones de voltaje en fuentes de alimentación.
Afinación: Los condensadores de placas paralelas pueden utilizarse para afinar circuitos eléctricos para resonar en una frecuencia deseada. Por ejemplo, se pueden usar en radios, televisores y otros dispositivos de comunicación para seleccionar un canal o banda de frecuencia específica.
Sensado: Los condensadores de placas paralelas pueden utilizarse para medir cantidades físicas como presión, temperatura, humedad, desplazamiento, etc. Por ejemplo, se pueden usar en micrófonos, termómetros, higrómetros, acelerómetros, etc. La capacidad de un condensador de placas paralelas cambia con estas cantidades físicas debido a cambios en la distancia entre las placas o en el material dieléctrico entre ellas.
Almacenamiento de energía: Los condensadores de placas paralelas pueden utilizarse para almacenar energía eléctrica en sus campos eléctricos. Por ejemplo, se pueden usar en linternas, cámaras, desfibriladores, etc. La energía almacenada en un condensador de placas paralelas está dada por:
donde U es la energía almacenada en julios (J), C es la capacidad en faradios (F), y V es el voltaje en voltios (V).
Resumen
Un condensador de placas paralelas es un dispositivo que puede almacenar carga eléctrica y energía en un campo eléctrico entre dos placas conductoras separadas por una distancia.
La capacidad de un condensador de placas paralelas es proporcional al área de cada placa e inversamente proporcional a la distancia entre ellas. También depende del material dieléctrico entre las placas, que reduce el campo eléctrico efectivo e incrementa la capacidad.
Los condensadores de placas paralelas tienen muchas aplicaciones en filtrado, afinación, sensado y almacenamiento de energía. Se pueden utilizar para bloquear o pasar ciertas frecuencias, seleccionar una frecuencia deseada, medir cantidades físicas y almacenar energía eléctrica.
