Energía eléctrica en circuitos de condensadores: problemas y soluciones.
1. Determina la energía eléctrica en el circuito que se muestra en la figura siguiente (1 µF = 10⁻⁶ F).
Conocido :
Condensador 1 (C1) = 3 µF 
Condensador 2 (C 2 ) = 1 µF
Condensador 3 (C 3 ) = 2 µF
Condensador 4 (C 4 ) = 6 µF
Condensador 5 (C 5 ) = 4 µF
Voltaje eléctrico (V) = 5 voltios
Se busca: Energía eléctrica en circuitos
solución:
El condensador equivalente:
El condensador 2 y el condensador 3 están conectados en paralelo . El condensador equivalente es:
CA = C2 + C3 = 1 + 2 = 3 µF
El condensador 1, el condensador A y el condensador 4 están conectados en serie . El condensador equivalente es:
1/C B = 1/C 1 + 1/C A + 1/C 4 = 1/3 + 1/3 + 1/6 = 2/6 + 2/6 + 1/6 = 5/6
C B = 6/5 µF
El condensador B y el condensador 5 están conectados en paralelo. El condensador equivalente es:
C = C B + C 5 = 6/5 + 4 = 6/5 + 16/4 = 24/20 + 80/20 = 104/20 = 5.2 µF
C = 5.2 x 10⁻⁶ Faradio
Energía eléctrica en el circuito:
E = ½ CV 2 = ½ (5.2 x 10 -6 )(5 2 ) = (2.6 x 10 -6 )(25)
E = 65 x 10⁻⁴ julios
2. Determina la energía eléctrica en los circuitos de capacitores que se muestran en la figura siguiente (1 µF = 10⁻⁶ F).
Conocido :
Condensador 1 (C1) = 4 µF 
Condensador 2 (C 2 ) = 6 µF
Condensador 3 (C 3 ) = 12 µF
Condensador 4 (C 4 ) = 2 µF
Condensador 5 (C 5 ) = 2 µF
Voltaje eléctrico (V) = 40 voltios
Se busca: Energía eléctrica en circuitos
solución:
El condensador equivalente:
Los condensadores 1, 2 y 3 están conectados en serie. El condensador equivalente es:
1/C A = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3 = 1/4 + 1/6 + 1/12 = 3/12 + 2/12 + 1/12 = 6/12
CA = 12/6 = 2 µF
Los condensadores 4 y 5 están conectados en serie. El condensador equivalente es:
1/C B = 1/C 4 + 1/C 5 = 1/2 + 1/2 = 2/2
C B = 2/2 = 1 µF
Condensador A y condensador B en paralelo. El condensador equivalente:
C = CA + CB = 2 + 1 = 3 µF
C = 3 x 10⁻⁶ Faradio
Energía eléctrica en circuitos:
E = ½ CV 2 = ½ (3 x 10 -6 )(40 2 ) = (1.5 x 10 -6 )(1600)
E = 2400 x 10⁻⁶ = 2.4 x 10⁻³ Julios
3. Determina la energía almacenada en el circuito eléctrico que se muestra en la figura siguiente.
Conocido :
Condensador 1 (C1) = 4 F 
Condensador 2 (C 2 ) = 4 F
Condensador 3 (C 3 ) = 4 F
Condensador 4 (C 4 ) = 4 F
Condensador 5 (C 5 ) = 2 F
Voltaje eléctrico (V) = 12 voltios
Se busca: Energía eléctrica en circuitos
solución:
El condensador equivalente:
Los condensadores 1, 2 y 3 están conectados en paralelo. El condensador equivalente es:
CA = C 1 + C 2 + C 3 = 4 + 4 + 4 = 12 F
Los condensadores 4 y 5 están conectados en paralelo. El condensador equivalente es:
C B = C 4 + C 5 = 4 + 2 = 6 F
El condensador A y el condensador B están conectados en serie. El condensador equivalente es:
1/C = 1/C A + 1/C B = 1/12 + 1/6 = 1/12 + 2/12 = 3/12
C = 12/3 = 4 Faradios
Energía eléctrica en circuitos:
E = ½ CV 2 = ½ (4)(12 2 ) = (2)(144)
E = 288 julios
1. Pregunta: ¿Cómo se almacena la energía en un condensador?
Respuesta: La energía en un condensador se almacena en el campo eléctrico entre sus placas. Cuando se aplica un voltaje a través de un condensador, las cargas positivas se acumulan en una placa y las cargas negativas en la placa opuesta, creando un campo eléctrico.
2. Pregunta: ¿Cuál es la fórmula para la energía almacenada en un capacitor?
Respuesta: La energía (U) almacenada en un capacitor viene dada por = donde C es la capacitancia y V es el voltaje a través del capacitor
3. Pregunta: ¿Qué sucede con la energía almacenada en un condensador cuando se duplica el voltaje?
Respuesta: Dado que la energía es proporcional al cuadrado del voltaje (V^2), cuando el voltaje se duplica, la energía aumenta en un factor de cuatro.
4. Pregunta: ¿Por qué un condensador cargado puede ser peligroso incluso si está desconectado de su fuente de voltaje?
Respuesta: Un condensador cargado puede conservar su energía almacenada incluso cuando se desconecta de su fuente de voltaje. Si un conductor (o una persona) entra en contacto con los terminales, la energía almacenada puede liberarse rápidamente, lo que podría causar daños.
5. Pregunta: ¿Cómo cambia la energía almacenada en un condensador si la capacitancia se reduce a la mitad manteniendo el voltaje constante?
Respuesta: Si la capacitancia se reduce a la mitad y el voltaje permanece constante, la energía almacenada también se reducirá a la mitad, ya que la energía es directamente proporcional a la capacitancia.
6. Pregunta: ¿Qué papel desempeña el material dieléctrico en un condensador?
Respuesta: El material dieléctrico aumenta la capacitancia del capacitor al reducir el campo eléctrico efectivo entre las placas y también evita la conducción de carga entre las placas.
7. Pregunta: En un circuito de condensadores en serie, ¿cómo se compara la capacitancia total con las capacitancias individuales?
Respuesta: En una configuración en serie, el inverso de la capacitancia total (1/C_total) es la suma de los inversos de las capacitancias individuales. Esto significa que la capacitancia total en una configuración en serie siempre es menor que la capacitancia más pequeña de la serie.
8. Pregunta: ¿Cómo se calcula la capacitancia total de los capacitores conectados en paralelo?
Respuesta: En el caso de condensadores conectados en paralelo, la capacitancia total es la suma de las capacitancias individuales.
9. Pregunta: ¿Por qué un condensador bloquea la corriente continua (CC) pero permite el paso de la corriente alterna (CA)?
Respuesta: Un condensador bloquea la corriente continua (CC) porque, una vez cargado por completo, no puede circular más corriente. Sin embargo, con la corriente alterna (CA), el voltaje cambia continuamente, lo que provoca que el condensador se cargue y descargue, permitiendo así el paso de una corriente efectiva.
10. Pregunta: ¿Qué le sucede al voltaje de un condensador si se conecta a una batería y luego se desconecta antes de alcanzar la carga completa?
Respuesta: El condensador conservará el voltaje que tenía en el momento de la desconexión y no se cargará más a menos que se vuelva a conectar a una fuente de alimentación.
