Ejercicio N°7 - TP N°2

7) Explique que limita el uso de los capacitores en altas frecuencias ¿Cuáles son los capacitores más adecuados para ellos?

El uso de capacitores en alta frecuencia se limita un poco al tamaño. El tiempo que tarda en cargar y descargar tiene que ser muy breve. Por eso para ese tipo de frecuencias los más adecuados son los capacitores cerámicos, que poseen un tamaño chico y por sus propiedades permite cargarse y dsecargarse rápido, otros que también pueden ser utilizados son los de mica.

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Ejercicio N°5 - TP N°2

5) Dibuje un circuito con un capacitor conectado a una fuente de alimentación alterna senoidal. Explique que sucede sobre el capacitor para cada emiciclo. ¿Circula corriente por el capacitor? ¿Y por el circuito?

Si le aplicamos corriente alterna a un capacitor, durante la alternación positiva, la corriente se mueve en una dirección y por un instante, una de las placas adquirirá carga positiva y la otra carga negativa, cuando cambie la alternación, también cambiará la polaridad de las placas, la que era positiva será negativa y así sucesivamente cambiarán de polaridad. Los electrones sometidos a esta corriente no pasarán por el dieléctrico. Tomando en cuenta que las placas serán positivas y negativas a la vez, el resultado sobre el dieléctrico será como si estuviera cerrado por un conductor, o sea, en cortocircuito.
Para resumir diremos que una corriente alterna pasa por el capacitor, en tanto que la corriente continua no lo hace, obviamente, tratándose que el dieléctrico es un aislador, en condiciones normales no permite el paso de ninguna corriente a través de el.

En conclusión a traves del capacitor nunca pasa la corriente, pero sí pasa por el resto del circuito.  

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Ejercicio N°4 - TP N°2

4) Dibuje un circuito con un capacitor conectado a una fuente de alimentación continua. Explique que sucede en el instante de la conexión y despues que se cargó. Haga un gráfico de tensión y corriente en función del tiempo sobre el capacitor.

CAPACITOR DESCARGADO

En la figura , notamos que las placas del capacitor están descargadas, o sea no hay electrones circulando en ellas, en otras palabras, no existe f.e.m aplicada puesto que el interruptor se encuentra abierto y por lo tanto, no existe una diferencia de potencial entre las placas.
Volviendo a que toda la materia está compuesta de átomos, existe un núcleo en el centro con carga positiva, dicho núcleo está rodeado de electrones girando a su alrededor, recordemos que la carga de los electrones es negativa y se rechazan cuando se aproximan. En la figura vemos que cada placa tiene sus electrones balanceados o sea, en números iguales, en el dieléctrico los átomos se encuentran en su estado normal, con sus electrones girando es sus órbitas. Decimos entonces que el capacitor tiene sus elementos en equilibrio, dado que no existe una fuerza exterior que altere su estado.

CAPACITOR CARGADO 
Vemos ahora en la figura anterior, que el interruptor se encuentra conectado, completando así el circuito, por lo mismo, se aplica una f.e.m a las placas del capacitor. Es de suponer que la diferencia de potencial pone en movimiento a los electrones circulando una corriente eléctrica por el alambre, la corriente circulante es poca duración. 
La corriente de carga del capacitor es de la placa positiva al polo positivo de la batería, por los electrones que pierde dicha placa, en tanto la negativa los acumula. No es de extrañar este comportamiento ya que sabemos que la polaridad positiva atrae electrones libres, en tanto que la negativa los rechaza. Los electrones libres de la placa positiva pasan a la batería y siguen hacia la placa negativa, tratando con esto de volver a la positiva, de donde emigraron. 
Se encuentran entonces con el dieléctrico, el cual no permite el paso de estos electrones, dando como resultado al aglutinamiento en la placa negativa. 
Es de mencionar el hecho de que las placas tienen una superficie grande con respecto a la separación entre ellas que es muy reducida y por lo mismo los electrones tratan de pasar a la placa positiva, con esto forman un estado de tensión eléctrica, denominado Campo electrostático o bien, líneas de fuerza electrostática. Tomando en cuenta que el dieléctrico es de un material aislante, tiene sus electrones íntimamente ligados a sus átomos, es por esto que no pueden pasar del dieléctrico a la placa positiva, únicamente pueden desviarse hacia ella en sus órbitas de rotación. 
Podemos decir que cuanto más alto sea el voltaje aplicado al capacitor, será mayor la tensión que soporta el dieléctrico, es por esto que será mayor la deformación de las órbitas de sus electrones, en su lucha por trasladarse a la placa positiva y alejarse de la negativa. 
Si desconectamos la batería, abriendo el interruptor el capacitor queda cargado, o sea, las condiciones de las cuales se explicó anteriormente, siguen vigentes en sus placas. Si hiciéramos un puente entre las 2 placas, inmediatamente los electrones de la placa negativa pasarán a la positiva, formándose una corriente de poda duración en dirección contraria a la primera, esto es, cuando se cargó el capacitor. El resultado de esta acción es que las placas del capacitor vuelven a su estado de equilibro y en el dieléctrico los electrones vuelven a sus órbitas normales de rotación, en otras palabras, el capacitor queda descargado.

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Ejercicio N°3 - TP N°2

3) Defina la capacidad eléctrica eléctricamente en función de las cargas acumuladas y la tensión. Efectue un análisis dimensional.

En electrónica, la capacidad eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacidad 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 capacitor. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del capacitor y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente ecuación (con su propio análisis dimensional):

Donde:
es la capacidad, medida en faradios; esta unidad es relativamente pequeña y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.
es la carga eléctrica almacenada, medida en coulombs;
es la diferencia de potencial (o tensión), medida en volts.

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Ejercicio N°2 - TP N°2

2) ¿Qué es la constante dieléctrica? Unidades. Tablas con valores típicos de algunos materiales.

La constante dieléctrica 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:

La constante diélectriac no tiene unidades, es adimensional.

Es el factor que establece a cuanto se incrementa la capactitancia de un capacitor al agregarsele un dielectrico al sistema.  

Por Ej. Sea C la capacitancia de un capacitor sin dielectrico, y luego a este se le agrega un capacitor de constante ( K = 3 ) entre sus placas, entonces:  

C' = K C  

C' = 3 C  

siendo C' la nueva capacitancia del sistema que sera 3 veces mayor a la inicial.

 

Constante dieléctrica y resistencia dieléctrica de algunos materiales
Material	er	Resistencia dieléctrica (kV/mm)
Aceite	2,24	12
Agua a 20 ºC	80
Aire	1,0006	3
Baquelita	4,9	24
Mica	5,4	10-100
Neopreno	6,9	12
Papel	3,7	16
Parafina	2,3	10
Plexiglás	3,4	40
Porcelana	7	5,7
Vidrio pyrex	5,6	14

 

 Fuente 1 - Fuente 2 - Fuente 3

Ejercicio N°6 - TP N°2

6) ¿Para qué se utilizan los capacitores en electrónica? De ejemplos de circuitos.

El principal uso de los capacitores en electrónica es para separar la corriente continua CC de la corriente alternta CA. Ademas tiene otros tipos de usos: 

- Baterías, por su cualidad de almacenar energía.

- Memorias, por la misma cualidad.
- Filtros.
- Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes.
- Demodular AM, junto con un diodo.
- El flash de las cámaras fotográficas.
- Tubos fluorescentes.
- Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.

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