Condensador de Placas Paralelas: Definición Fórmula e Aplicacións
O condensador de placas paralelas é un dispositivo que pode almacenar carga eléctrica e enerxía na forma dun campo eléctrico entre dúas placas condutoras. As placas están separadas por unha pequena distancia e están conectadas a unha tensión, como unha batería. O espazo entre as placas pode estar cheo de aire, un vacío ou un material dieléctrico, que é un aislante que pode ser polarizado por un campo eléctrico.
Que é un condensador de placas paralelas?
Un condensador de placas paralelas defínese como unha disposición de dúas placas metálicas de área A igual e carga Q oposta, separadas por unha distancia d. As placas están conectadas a unha fonte de tensión V, que crea unha diferencia de potencial eléctrico entre elas. O campo eléctrico E entre as placas é uniforme e perpendicular ás placas, como se mostra na Figura 1.
O campo eléctrico E entre as placas dáse por:
onde V é a tensión entre as placas, d é a separación entre as placas, σ é a densidade de carga superficial en cada placa, e ϵ0 é a permitividade do espazo libre.
O campo eléctrico E induce unha polarización P no material dieléctrico, que é o momento dipolar por unidade de volume do material. A polarización P reduce o campo eléctrico efectivo E dentro do dieléctrico e aumenta a capacidade C do condensador.
A capacidade C dun condensador de placas paralelas é a razón da carga Q en cada placa á tensión V entre as placas:
A capacidade C depende da xometría das placas e do material dieléctrico entre elas. Para un condensador de placas paralelas con aire ou vacío entre as placas, a capacidade C dáse por:
onde A é a área de cada placa e d é a separación entre as placas.
Para un condensador de placas paralelas con un material dieléctrico entre as placas, a capacidade C dáse por:
onde k é a permitividade relativa ou constante dieléctrica do material, que é unha cantidade adimensional que mide facilmente o material pode ser polarizado por un campo eléctrico.
A permitividade relativa k dun material dieléctrico é sempre maior ou igual a 1. Cuanto maior é o valor de k, máis carga pode almacenarse no condensador para unha tensión dada, polo que a capacidade é maior.
Aplicacións dos condensadores de placas paralelas
Os condensadores de placas paralelas teñen moitas aplicacións en diversos campos da ciencia e da enxeñaría. Algúns delles son:
Filtrado: Os condensadores de placas paralelas poden utilizarse para filtrar frecuencias non desexadas ou ruido dunha sinal eléctrica. Por exemplo, poden bloquear corrente continua (CC) e permitir a corrente alternativa (CA) pasar. Tamén poden utilizarse para suavizar fluctuacións de tensión en fontes de alimentación.
Sintonización: Os condensadores de placas paralelas poden utilizarse para sintonizar circuitos eléctricos para resonar nunha frecuencia deseada. Por exemplo, poden utilizarse en radios, televisións e outros dispositivos de comunicación para seleccionar un canal ou banda de frecuencia específica.
Sensores: Os condensadores de placas paralelas poden utilizarse para detectar cantidades físicas como presión, temperatura, humidade, desprazamento, etc. Por exemplo, poden utilizarse en micrófonos, termómetros, higrómetros, acelerómetros, etc. A capacidade dun condensador de placas paralelas cambia con estas cantidades físicas debido a cambios na distancia entre as placas ou no material dieléctrico entre elas.
Almacenamento de enerxía: Os condensadores de placas paralelas poden utilizarse para almacenar enerxía eléctrica nos seus campos eléctricos. Por exemplo, poden utilizarse en linternas, cámaras, desfibriladores, etc. A enerxía almacenada nun condensador de placas paralelas dáse por:
onde U é a enerxía almacenada en xoules (J), C é a capacidade en farads (F), e V é a tensión en voltios (V).
Resumo
