capacitores bg 1

“ Todo lo que sube baja...”
(... y todo lo que se carga se
descarga!)
María Paula Coluccio y Patricia Picardo
Laboratorio I de Física
para Biólogos y Geólogos
Depto. de Física, FCEyN, UBA
1999

Resumen
En el presente trabajo se estudió el tiempo característico de un
capacitor, proponiendo un modelo exponencial teórico contra el cual se han
contrastado los datos experimentales obtenidos. Setrabajó con un circuito
RC con corriente continua, y los voltajes estudiados se midieron por medio
del programa de computación MPLI.
Introducción
Un capacitor consta generalmente de dos conductores (placas
metálicas) paralelas y separadas por una pequeña distancia en comparación
a su ancho. Si se conecta cada una de las placas momentáneamente a las
bornes de una fuente de energía eléctrica, en una de lasplacas aparecerá
una carga positiva (+q) y en la otra una carga negativa (-q). Las cargas de
cada una de las placas atraerán a las cargas de la otra placa y se distribuirán
uniformemente en las superficies internas de las placas, generándose así un
campo eléctrico entre ellas. Como la distancia entre los conductores es
pequeña el campo eléctrico entre ellas será uniforme, lo cual significa quelas líneas de fuerza serán paralelas y estarán igualmente espaciadas. Las
líneas de campo en las orillas de las placas presentan una curvatura, (de
acuerdo a lo establecido por las leyes del electromagnetismo) que siempre
puede despreciarse si la distancia entre las placas es lo suficientemente
pequeña.
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Capacitor de placas paralelas

Cada una delas placas tendrá potenciales de carga diferentes, por lo
tanto el capacitor quedará caracterizado por la diferencia de potencial de
sus placas (V). La diferencia de potencial V es el trabajo por unidad de
carga que se necesita para llevar una pequeña carga desde una placa hasta
la otra. De acuerdo a su definición, V es proporcional a la carga. En
particular la diferencia de potencial entre losdos conductores de un
capacitor es proporcional a las cargas Q que tienen, donde Q es la carga
total de cada placa. Se propone entonces:
Q=C*V
donde la constante de proporcionalidad C recibe el nombre de
capacitancia y se mide en coulombs/volt . Esta unidad recibe el nombre de
faradio (F). La capacitancia de un capacitor depende de las formas y las
posiciones relativas de los conductores, y ademásdel medio en el cual se
encuentren inmersos los mismos.
Puede considerarse que en un capacitor hay energía eléctrica
almacenada en el campo eléctrico generado entre sus placas. Como los
capacitores pueden concentrar campos eléctricos intensos en pequeños
volúmenes, pueden servir como dispositivos útiles para el almacenamiento
de energía.
Las placas del condensador cuando se conectan a una fuentede
energía eléctrica comienzan a cargarse con cargas iguales y opuestas , hasta
que la diferencia de potencial entre las placas alcanza la diferencia de
tensión de la fuente. Este proceso se conoce como carga del condensador.
Si una vez terminado este proceso se retira la fuente y se cierra un circuito
conectando con un cable conductor ambos extremos del capacitor cargado,
se da inicio al procesode descarga. Las cargas acumuladas en el capacitor
se redistribuirán por el cable generándose una corriente eléctrica que
disminuirá con el tiempo hasta llegar a un equilibrio.
Si construimos un circuito del tipo RC, es decir, con una resistencia y
un capacitor conectados en serie, podremos estudiar los procesos de carga y
descarga analizando cómo se comporta la diferencia de potencial en
funcióndel tiempo en cada uno de los procesos en forma experimental.
Además podemos averiguar si el modelo teórico propuesto a continuación
es capaz de describir los resultados experimentales obtenidos.
En el proceso de carga la diferencia de potencial (V) del circuito es
constante, y resulta igual a la diferencia de tensión de la fuente de energía
eléctrica. Esta puede expresarse en todo momento como...