Fisica

CAPACITANCIA Y DIELÉCTRICOS


Introducción.
Cuando montamos una ratonera tradicional o tensamos de la cuerda de un arco, almacenamos energía mecánica en forma de energía potencial elástica. Un capacitor es un dispositivo que almacena energía potencial eléctrica y carga eléctrica. Para hacer un capacitor, basta con aislar dos conductores uno del otro. Para guardar energía en este dispositivo,se transfiere carga de un conductor al otro de modo que uno tenga carga negativa, y el otro, una cantidad igual de carga positiva. Es necesario realizar trabajo para trasladar las cargas a través de la diferencia de potencial resultante entre los conductores, y el trabajo realizado se almacena en forma de energía potencial eléctrica.
Los capacitores tienen un número enorme de aplicacionesprácticas en dispositivos como unidades de destello electrónico para fotografía, láseres pulsantes, sensores de bolsas de aire para automóvil y receptores de radio y televisión. Encontraremos muchas de estas aplicaciones en capítulos posteriores (en particular en el capítulo 31, en el que veremos el papel crucial que los capacitores desempeñan en los circuitos de corriente alterna, de presencia tanextendida en nuestra sociedad tecnológica). De cualquier manera, en este capítulo haremos hincapié en las propiedades fundamentales de los capacitores. Con respecto a un capacitor en particular, la relación de la carga de cada conductor con relación a la diferencia de potencial entre los conductores es una constante, llamada capacitancia. La capacitancia depende del tamaño y forma de los conductores ydel material aislante (en su caso) que está entre ellos. En comparación con el caso en el que sólo hay vacío entre los conductores, la capacitancia aumenta cuando está presente un material aislante (un dieléctrico). Esto ocurre porque se lleva a cabo una redistribución de la carga, llamada polarización, dentro del material aislante. El estudio de la polarización nos permitirá comprender mejor laspropiedades eléctricas de la materia.
Los capacitores además nos proporcionan otra manera de pensar en la energía potencial eléctrica. La energía almacenada en un capacitor con carga guarda relación con el campo eléctrico presente en el espacio entre los conductores. Veremos que la energía potencial eléctrica se puede considerar como almacenada en el campo mismo. La idea de que el campo eléctricoes en sí un almacén de energía se halla en el corazón de la teoría de las ondas electromagnéticas y de nuestra interpretación moderna de la naturaleza de la luz.

Capacitancia y dieléctricos.
Dos conductores cualesquiera separados por un aislador (o un vacío) forman un capacitor o condensador. En casi todas las aplicaciones prácticas, cada conductor tiene inicialmente una carga neta de cero yse transfieren electrones de un conductor al otro; a esto se le denomina cargar el capacitor. De tal manera que los dos conductores tienen cargas de igual magnitud y signo opuesto, y la carga neta del capacitor en conjunto sigue siendo cero. En todo este capítulo supondremos que tal es el caso. Cuando decimos que un capacitor tiene una carga Q, o que hay una carga O almacenada en el capacitor,queremos decir que el conductor que está al potencial más alto tiene una carga +0, y el conductor al potencial más bajo tiene una carga -Q (suponiendo que O es positiva).
Una manera común de cargar un capacitor consiste en conectar estos dos alambres a bornes opuestos de una batería. Una vez que se establecen las cargas Q y -Q en los conductores, se desconecta la batería. Esto proporciona unadiferencia de potencial Vab fija entre los conductores (es decir, el potencial del conductor con carga positiva a con respecto al conductor con carga negativa b) que es exactamente igual al voltaje de la batería.
El campo eléctrico en cualquier punto de la región entre los conductores es proporcional a la magnitud O de la carga de cada conductor. Se sigue que la diferencia de potencial Vah entre...