Comprender la capacitancia
Un vaso pequeño puede contener una pequeña cantidad de agua potable, mientras que un vaso grande puede contener más. Cuanto más grande sea el vaso, más agua podrá contener. Por lo tanto, cada vaso tiene una capacidad, o medida de su capacidad para contener agua. Al igual que los vasos, los condensadores también tienen la capacidad de almacenar carga eléctrica y energía potencial eléctrica. La capacidad de un condensador, o la medida de la capacidad de un condensador para almacenar carga eléctrica y energía potencial eléctrica, se llama capacidad.
Factores que afectan la capacitancia
La capacidad de un vaso para contener agua está determinada por su volumen. ¿Y qué ocurre con los condensadores? ¿Qué determina la capacidad de un condensador para almacenar una carga eléctrica?
La figura siguiente muestra un condensador simple compuesto por dos placas conductoras separadas por una cierta distancia. Antes de conectarlo a una fuente de voltaje, como una batería, ambas placas están descargadas. Luego, una placa se conecta al terminal positivo de la batería y la otra al terminal negativo mediante cables.
Tras conectarse al terminal positivo de la batería, la carga positiva de esta atrae a los electrones con carga negativa de la placa, provocando que se desplacen hacia el terminal positivo. Esto genera una deficiencia de electrones (carga negativa) y un exceso de protones (carga positiva) en la placa, resultando en una carga positiva.
De forma similar, al conectar la placa al terminal negativo de la batería, la carga positiva de la placa atrae a los electrones con carga negativa del terminal negativo, lo que provoca que estos electrones se desplacen hacia la placa. Esto genera un exceso de electrones en la placa, cargándola negativamente.
El proceso de transferencia de electrones entre las placas y la batería se detiene cuando la diferencia de potencial entre las dos placas es igual a la diferencia de potencial entre los dos polos de la batería.
¿Cómo puede aumentar la carga eléctrica en ambas placas conductoras? En otras palabras, ¿qué se debe hacer para que se produzca nuevamente la transferencia de electrones? La transferencia de electrones ocurre solo cuando la diferencia de potencial eléctrico entre los dos polos de la batería es mayor que la diferencia de potencial eléctrico entre las dos placas conductoras. Para que la transferencia de electrones se reanude y aumente la carga eléctrica en cada placa conductora, se debe reemplazar la batería utilizada por otra batería o por otra fuente de voltaje con una diferencia de potencial eléctrico mayor. La transferencia de electrones se detiene cuando la diferencia de potencial de la fuente de voltaje es igual a la diferencia de potencial del condensador; por lo tanto, si la diferencia de potencial de la fuente de voltaje es mayor, la diferencia de potencial del condensador también lo será.
Con base en la revisión anterior, se puede concluir que cuanto mayor sea la carga eléctrica almacenada en cada placa conductora, mayor será la diferencia de potencial eléctrico entre ambas placas. Por lo tanto, la carga eléctrica (Q) es proporcional a la diferencia de potencial eléctrico (V). La relación entre la carga eléctrica y la diferencia de potencial eléctrico se expresa mediante la siguiente proporcionalidad:
Q α V
La proporcionalidad anterior se convierte en una ecuación añadiendo la constante de proporcionalidad C:
Q = CV o C = Q / V
Descripción: Q = carga eléctrica (culombio), V = diferencia de potencial eléctrico o voltaje eléctrico (voltio), C = constante de proporcionalidad, que se denomina capacitancia del condensador.
El valor de la capacitancia no depende de la carga eléctrica ni del voltaje, sino de la forma y el tamaño de la placa conductora. La demostración matemática de que la capacitancia depende de la forma y el tamaño de la placa conductora se explica en el artículo sobre los tipos de capacitores según la forma de la placa conductora, a saber: condensador de placas paralelas, condensador cilíndrico Dan condensador esféricoEn este artículo se supone que entre las dos piezas conductoras existe un vacío.
La capacitancia de un capacitor también depende de las propiedades del material entre las dos placas conductoras. El material entre las dos placas conductoras se llama dieléctricoLa capacitancia de un capacitor que tiene un dieléctrico se revisa en profundidad en el artículo sobre constante dieléctrica.
Unidad de capacitancia
La unidad de carga eléctrica es el culombio y la unidad de diferencia de potencial eléctrico es el voltio. Por lo tanto, según la ecuación de capacitancia anterior, la unidad de capacitancia es el culombio por voltio (C/V), también llamado faradio (F), que proviene del nombre del científico británico Michael Faraday (1791-1867). Así pues, 1 faradio = 1 culombio/voltio.
Por ejemplo, un condensador tiene un valor de 2 Faradios, lo que significa que almacena una carga eléctrica de +2 Culombios en una de sus placas conductoras y de -2 Culombios en la otra, con una diferencia de potencial de 1 Voltio entre ambas. Si se conecta una batería de 12 Voltios al condensador, una de las placas conductoras tendrá una carga eléctrica de Q = CV = (2)(12 Voltios) = +24 Culombios, mientras que la otra tendrá una carga de -24 Culombios.
Cabe señalar que el faradio es una unidad de capacitancia muy grande, por lo que normalmente se utiliza una unidad más pequeña, concretamente el microfaradio, abreviado como μF (10-6 Faradio) a picofaradio abreviado pF (10-12 Faradio). Los cálculos matemáticos para demostrar que el Faradio es una unidad muy grande se analizan en Ejemplo de preguntas sobre condensadores de placas paralelas.
