Condensadores y dielectricos

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ASIGNATURA: FISICA III PROFESOR:

José Sierra Ortega Ph.D.

CONDENSADORES Y DIELÉCTRICOS Estimados estudiantes, tendiendo en cuenta que en lo que se ha desarrollado del programa, ya se analizó la naturaleza de la electricidad, y se discutieron los conceptos de Fuerza eléctrica, Ley de Coulomb, Campo Eléctrico en distribuciones discretas decargas y cuerpos uniformemente cargados, se presentó la Ley de Gauss como una herramienta útil al momento de cuantificar el campo eléctrico en objetos con formas geométricas definidas. Además analizamos el concepto de energía potencial eléctrica de los sistemas de carga, que como vimos es el tercer tipo de energía potencial, usamos la energía potencial para presentar el concepto de Potencialeléctrico y diferencia de potencial, y que además estudiamos como se relaciona este potencial con el vector campo eléctrico. También estudiamos el comportamiento de los conductores y las superficies equipotenciales. Por todo esto se puede decir que ya se cuenta con las herramientas suficientes para comenzar con el estudio de los circuitos eléctricos. En este material cuyo objetivo es servir de guía o dematerial instructivo, se hará primero una revisión del concepto de capacitancia y el comportamiento de los dieléctricos en un campo eléctrico y estudiaremos los capacitores (condensadores) como dispositivos para almacenar carga y energía eléctrica. Mostraremos que la energía se almacena en el espacio siempre que hay un campo eléctrico. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas deaplicación. Todos estos apuntes han sido tomados de diferentes fuentes en Internet y algunos aportes personales basados en la experiencia de haber impartido este curso durante varios semestres. OBJETIVO GENERAL Al término de estos apuntes, el estudiante debe tener la habilidad y pericia necesaria para aplicar los conceptos básicos de capacitancia, el comportamiento de dieléctricos en uncondensador y energía almacenada en un capacitor para aplicarlos a problemas prácticos de la ingeniería. CONTENIDO
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Condensador y Capacitancia Cálculo de Capacitancia. Combinaciones de condensadores Dieléctricos Polarización Suceptibilidad y Permitividad Eléctricas Condensadores con dieléctricos Desplazamiento eléctrico Energía almacenada en un condensador cargadoEjercicios de aplicación

Elaborado por: JOSÉ SIERRA ORTEGA Ph.D. FECHA DE ENVIO: 20 DE SEPTIEMBRE DE 2011

Cra 32 N° 22 – 08 Sector San Pedro Alejandrino Bloque 6 Segundo Piso Laboratorio de Física

DOCUMENTO Nº 3
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CONOCIMIENTOS PREVIOS
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Carga eléctrica Ley de Coulomb Campo eléctrico Álgebra vectorial. Operaciones vectoriales Cinemáticabidimensional: ecuaciones de movimiento. Dinámica bidimensional: segunda ley de Newton. Cálculo integral: aplicaciones de integrales definidas con condiciones iniciales. Cálculo diferencial: gradiente de una función. Energía potencial eléctrica. Potencial eléctrico Diferencia de potencial. Superficies equipotenciales

1. Condensador y Capacitancia.
Un caso especial importante se presenta en lapráctica cuando dos conductores próximos reciben cargas del mismo valor y signos opuestos. Este dispositivo de dos conductores se denomina condensador. En la figura 1 se muestra el caso más general de un condensador formado por dos conductores cercanos, a los cuales se les llama placas. Las cargas iguales y opuestas se obtienen conectando las placas momentáneamente a los polos opuestos de unabatería. Figura 1. Un condensador se representa por el símbolo.

Capacitancia.
La capacitancia C de cualquier condensador se define como:
C q V

(1)

en la cual V es la diferencia de potencial entre las placas y q es la magnitud de la carga en cualquiera de las placas; q no debe considerarse como la carga neta del condensador, la cual es cero. La unidad de capacitancia se define de la...