Definición de condensador de placas paralelas
Un condensador de placas paralelas es un condensador formado por dos placas paralelas o placas conductoras, cada una con la misma área de sección transversal (A) y separadas por una cierta distancia (d), como se muestra en la imagen de la izquierda. En este artículo, supongamos que las dos placas conductoras están separadas por el vacío. En la imagen, una de las placas conductoras está cargada positivamente (+Q) y la otra negativamente (-Q), siendo la carga eléctrica en ambas la misma.
La diferencia de carga eléctrica entre las dos placas conductoras crea un campo eléctrico y una diferencia de potencial entre ellas. La placa con carga positiva tiene un potencial mayor, mientras que la placa con carga negativa tiene un potencial menor. Como se explica en el artículo sobre potencial eléctrico , si existe una diferencia de potencial entre las dos placas del condensador, este almacena energía potencial eléctrica. La energía potencial eléctrica almacenada en un condensador tiene múltiples aplicaciones.
Factores que afectan la capacitancia de un condensador de placas paralelas
Los condensadores están inicialmente descargados, es decir, son eléctricamente neutros. Para cargarlos, se conectan a una fuente de voltaje, como una batería, mediante cables. Una placa conductora se conecta al terminal positivo de la batería, mientras que la otra se conecta al terminal negativo.
Recuerda que las cargas iguales se repelen, mientras que las cargas opuestas se atraen. Los electrones tienen carga negativa y se mueven fácilmente porque se encuentran en la superficie del átomo, mientras que los protones tienen carga positiva y no pueden moverse porque se encuentran en el núcleo. Si el número de protones en una placa conductora supera el número de electrones, la placa está cargada positivamente. Por el contrario, si el número de electrones supera el número de protones, la placa está cargada negativamente.
Una vez conectado el condensador a la batería, el polo positivo de esta se carga positivamente, atrayendo electrones de la placa conductora, mientras que el polo negativo se carga negativamente, repeliendo electrones hacia la placa conductora. La transferencia de electrones entre la batería y la placa conductora provoca que la placa que pierde electrones se cargue positivamente y la que los recibe se cargue negativamente. La transferencia de electrones se detiene cuando la diferencia de potencial eléctrico entre las dos placas conductoras es igual a la diferencia de potencial eléctrico entre los dos terminales de la batería.
Los condensadores almacenan carga eléctrica y energía potencial . La capacidad de un condensador para almacenar carga eléctrica y energía potencial se denomina capacitancia. Cuanto mayor sea la carga eléctrica almacenada, mayor será la energía potencial y mayor la capacitancia. ¿Qué factores afectan la capacitancia de un condensador de placas paralelas?
– Superficie de la placa conductora
Los condensadores de placas paralelas almacenan carga eléctrica en sus placas conductoras. Una superficie de placa pequeña implica una carga almacenada reducida; una superficie de placa grande implica una carga almacenada mayor. Cuanta más carga se almacena en las placas conductoras, mayor es la energía potencial eléctrica del condensador. Por lo tanto, cuanto mayor sea la energía potencial eléctrica del condensador, mayor será su capacitancia. En consecuencia, se puede concluir que la capacitancia del condensador (C) es proporcional a la superficie de las placas conductoras (A).
– Distancia entre las dos placas conductoras
El movimiento de los electrones se detiene cuando la diferencia de potencial entre las dos placas conductoras es igual a la diferencia de potencial entre los dos polos de la batería. ¿Cómo puede aumentar la carga eléctrica en las placas conductoras? Una forma es reducir la distancia entre los conductores (d). Al acercar los conductores, la cantidad de carga eléctrica permanece constante, por lo que el campo eléctrico producido por la carga eléctrica tiene un valor constante. Según la ecuación V = E d, cuando el campo eléctrico (E) es constante, la diferencia de potencial eléctrico (V) disminuye si se reduce la distancia entre las placas conductoras (d).
La diferencia de potencial entre las dos placas conductoras disminuye hasta ser menor que la diferencia de potencial entre los dos terminales de la batería. Esto provoca que los electrones se muevan nuevamente hasta que la carga eléctrica en cada placa conductora aumente. El movimiento de electrones se detiene una vez que la diferencia de potencial entre las dos placas se iguala a la diferencia de potencial entre los dos terminales de la batería.
Cuando se reduce la distancia entre las placas conductoras, la carga eléctrica en cada placa aumenta, por lo que la energía potencial eléctrica en el condensador también aumenta. Si la energía potencial eléctrica en el condensador aumenta, la capacitancia del condensador también aumenta. Si se reduce la distancia, la carga aumenta, por lo que la capacitancia aumenta; si se aumenta la distancia, la carga disminuye, por lo que la capacitancia disminuye. Se puede concluir que la capacitancia del condensador (C) es inversamente proporcional a la distancia entre las dos placas conductoras (d).
Ecuación de capacitancia para un condensador de placas paralelas
Anteriormente, se explicaron los factores que afectan el valor de capacitancia de un capacitor de placas paralelas. El valor de capacitancia se puede conocer claramente mediante cálculos utilizando ecuaciones. En el artículo sobre la determinación del campo eléctrico utilizando la ley de Gauss, se discutió la fórmula para calcular el campo eléctrico cerca de una placa conductora eléctricamente cargada es E = σ/ε o , donde σ = Q/A de modo que la ecuación del campo eléctrico cambia a E = Q/A : ε o = Q/A x 1/ε o = Q/Aε o . La ecuación del potencial eléctrico es V = E d, donde E = Q/Aε o de modo que la ecuación cambia a V = Qd/Aε o . La ecuación de capacitancia es C = Q/V, donde V = Qd/Aε o de modo que la ecuación de capacitancia cambia a C = Q : Qd/Aε o = Q x Aε o /Qd = Aε o /d.
Basándonos en la ecuación de capacitancia C = A ε o / d, se puede concluir que la capacitancia (C) es proporcional al área de la superficie (A) e inversamente proporcional a la distancia (d) entre las dos placas conductoras.
Descripción de la fórmula: E = campo eléctrico, σ = densidad de carga, ε o = permitividad del espacio vacío = 8,85 x 10 -12 F/m, Q = carga eléctrica, A = área de la superficie de la placa conductora, V = diferencia de potencial eléctrico.
