Condensadores

CONDENSADORES
1. Introducción
El modelo actual que predice los fenómenos físicos de carácter eléctrico,
trata de relacionar conceptos tales como carga eléctrica, potencial, campo
eléctrico, densidad de carga...etc, que resultan fundamentales para explicar las
interacciones eléctricas.
Un dispositivo que precisamente aúna estos conceptos relacionándolos
entre sí y, por tanto, estableciendo entreellos un significado concreto es el
condensador, capaz de almacenar carga eléctrica en sus armaduras y, por
consiguiente, energía eléctrica. Bien es cierto, que aunque la cantidad de energía
almacenada es pequeña, debido a las descargas producidas cuando se pretende
acumular en sus armaduras una elevada cantidad de carga, la asociación de
muchos de ellos permite disponer de energía suficiente comopara ser utilizada
por tecnologías de lo más variadas que van desde el láser hasta el estudio de la
fusión nuclear.
Así pues, comenzaremos el tema planteando una pregunta de carácter
general:
A.1 ¿Qué interés tiene la acumulación de carga en los cuerpos?
Describe, hasta donde puedas, algún aparato en el que sepas que una
parte básica del dispositivo eléctrico, lo constituya algún condensador.Comentario
El profesor debe hacer ver a los estudiantes la importancia que tienen los
procesos de descarga de los cuerpos.
Existen dos factores que resultan muy interesantes para el uso de
condensadores en circuitos eléctricos. En primer lugar, resultan ser muy eficientes,
ya que las pérdidas de energía detectadas en ellos son del orden del 10-3 %.
En segundo lugar, son idóneos para aplicaciones querequieran grandes
velocidades.
El objetivo de la actividad es intentar motivar a los alumnos, estimulándoles
a comprometerse a través de sus propias aportaciones, utilizando elementos de
carácter técnico que enlacen con aspectos cotidianos.

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2. ¿Cómo almacenar la mayor cantidad posible de carga en un cuerpo
realizándo el menor trabajo posible?

A.2 Describe el proceso de carga de
una esferaconductora de radio R,
que es conectada al polo + de una batería de
12 V, estando el polo – conectado a tierra.

R

D
C

+-

B
A

12 V
Tierra

A.3 Calcula el trabajo necesario para cargar con una carga Q, la esfera
conductora de la actividad anterior ¿Qué representa dicho trabajo?
Comentario
Se pretende establecer, en base a un modelo de energía, la causa del
movimiento de cargas. Movimiento que sesustenta en la comprensión de la
realización de un trabajo ejercido a costa de la diferencia de potencial entre la
esfera conductora y otro cuerpo (batería).
Será preciso entender que la progresiva acumulación de carga en la esfera
conductora, requiere de un mayor trabajo realizado conforme transcurre el
proceso. Ese trabajo, se calcula por integración W = ∫ V dq = ∫ Kq dq /R = 1/2 Q V
con elpotencial aplicado allá donde se encuentra la carga, es decir, en la superficie
de la esfera. Representa la energía potencial eléctrica que acumula el condensador.
Algunos alumnos llevados por un afán operativo, calculan el trabajo como W = q
∆V sin tener en cuenta la necesaria dependencia entre carga eléctrica y potencial
eléctrico.
Esta actividad se enmarcaría en el modelo de energía que pretendemosseguir
a lo largo del tema, tratando de restar la excesiva importancia que para los
alumnos tiene el concepto de carga, en detrimento del concepto de potencial,
básico para la comprensión de dicho modelo.

A.4 Imaginemos que la esfera de la actividad A.2, una vez cargada y
desconectada de la batería, se conecta a través de un conductor delgado
a otra esfera neutra de radio mucho mayor R1, dondepodemos suponer
que R1>> R.
a) ¿Qué le sucede a su carga y potencial?

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b) ¿Podrías explicar, de acuerdo con ello, lo que significa poner un conductor a
tierra?
A.5 ¿Qué factor(es) determina(n) la carga máxima y, por tanto, el
potencial máximo que puede adquirir un conductor, durante su proceso
de carga?
Rigidez dieléctrica.
Comentario
Para bastantes estudiantes el tamaño, (en ocasiones...