Flashcards - Capacitancia
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¿Cómo se define la capacidad de un condensador y cuál es su unidad en el SI?
La capacidad C se define como la relación entre la carga Q almacenada y la diferencia de potencial V:
Su unidad en el SI es el faradio (F), donde 1 F = 1 C/V.
¿Cuál es la expresión para la capacidad de un condensador de placas paralelas?
Para un condensador de placas paralelas:
donde A es el área de las placas, d es la separación entre ellas y ε₀ es la permitividad del vacío.
¿Cómo se calcula la energía almacenada en un condensador cargado?
La energía almacenada en un condensador es:
donde Q es la carga, V la diferencia de potencial y C la capacidad.
¿Cómo se calcula la capacidad equivalente de condensadores conectados en paralelo?
Para condensadores en paralelo:
La capacidad equivalente es la suma de las capacidades individuales.
¿Cómo se calcula la capacidad equivalente de condensadores conectados en serie?
Para condensadores en serie:
La inversa de la capacidad equivalente es la suma de las inversas de las capacidades individuales.
¿Qué efecto tiene un dieléctrico en la capacidad de un condensador?
Un dieléctrico aumenta la capacidad de un condensador en un factor κ (constante dieléctrica):
También reduce el campo eléctrico entre las placas: E = E₀/κ.
¿Cuál es la diferencia entre carga libre y carga ligada en un dieléctrico?
La carga libre está en las placas conductoras y puede moverse. La carga ligada está en la superficie del dieléctrico y está unida a las moléculas, no puede desplazarse libremente.
¿Cómo se expresa la densidad de energía del campo eléctrico?
La densidad de energía del campo eléctrico es:
Para un dieléctrico: u_e = ½ κε₀E² = ½ εE², donde ε es la permitividad del dieléctrico.
¿Cuál es la expresión para la capacidad de un condensador cilíndrico?
Para un condensador cilíndrico:
donde L es la longitud, R₁ el radio interno y R₂ el radio externo.
¿Qué es la polarización de un dieléctrico?
Es la alineación de los momentos dipolares de las moléculas del dieléctrico con el campo eléctrico externo, lo que genera cargas superficiales que reducen el campo eléctrico neto.
¿Cuál es la diferencia entre dieléctricos polares y no polares?
Los dieléctricos polares tienen momentos dipolares permanentes (ej. H₂O), mientras que los no polares solo desarrollan momentos dipolares inducidos cuando se aplica un campo eléctrico.
¿Qué es la permitividad de un dieléctrico y cómo se relaciona con ε₀?
La permitividad de un dieléctrico es ε = κε₀, donde κ es la constante dieléctrica. Representa la capacidad del material para permitir la formación de un campo eléctrico en su interior.
¿Cómo se distribuye la carga en condensadores conectados en serie?
En condensadores en serie, todos tienen la misma carga Q, pero diferentes diferencias de potencial (V = Q/C para cada uno).
¿Cómo se distribuye el voltaje en condensadores conectados en paralelo?
En condensadores en paralelo, todos tienen el mismo voltaje V, pero diferentes cargas (Q = CV para cada uno).
¿Cómo se calcula el trabajo necesario para cargar un condensador?
El trabajo para cargar un condensador es igual a la energía almacenada:
Se calcula integrando V dq desde q=0 hasta q=Q.
¿Cómo se calcula la capacidad de un condensador con dieléctrico parcial?
Se puede considerar como dos condensadores en serie: uno con dieléctrico y otro sin él. La capacidad equivalente se calcula usando la fórmula para condensadores en serie.
¿De qué factores geométricos depende la capacidad de un condensador?
La capacidad depende del área de las placas, la distancia entre ellas, y la forma geométrica (placas paralelas, cilíndricas, esféricas).
¿Qué es la ruptura dieléctrica?
Es el fenómeno que ocurre cuando el campo eléctrico en un dieléctrico supera su resistencia dieléctrica, causando que el material se ionice y se vuelva conductor.
¿Cuál es el valor de la constante dieléctrica para el vacío?
Para el vacío, κ = 1. Para el aire, κ ≈ 1.00059, por lo que en la práctica se considera igual a 1.
Menciona algunas aplicaciones importantes de los condensadores.
- Almacenamiento de energía
- Filtrado en circuitos electrónicos
- Temporizadores
- Flash de cámaras
- Sintonización de frecuencias en radios
- Estabilización de voltajes en fuentes de alimentación
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