fisica

Física General III

Capacitancia, Dieléctricos y Polarización

Optaciano Vásquez García

Capitulo v

CAPACITANCIA Y DIELÉCTRICOS

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Física General III

Capacitancia, Dieléctricos y Polarización

Optaciano Vásquez García

5.1. Introducción
Cuando necesitamos electricidad, es necesario presionar un interruptor y obtenerla del suministro. Por otro lado si
tenemos acceso a ungenerador, podemos asegurarnos que obtenemos electricidad siempre que presione un
interruptor para poner en movimiento el generador por algún medio (movimiento de una turbina de vapor,
movimiento de un molino de viento, etc). Sin embargo, si no disponemos de estos elementos es necesario buscar
algún método para almacenar energía eléctrica de tal manera que podríamos utilizarlo posteriormentecuando se
necesite. En la actualidad se conocen dos formas básicas para almacenar electricidad: químicamente y
mecánicamente.
La forma más común de almacenaje de energía eléctrica es mediante el uso de las baterías. Estos elementos
permiten almacenan la carga eléctrica mediante la creación de componentes químicos que pueden reaccionar en una
solución ácida o básica liberando electrones. Lasbaterías han cumplido una labor extraordinaria en los últimos
años, sin embargo su uso ha producido en la sociedad moderna algún problema. Uno de éstos es el uso de
componentes químicos tóxicos como el plomo, mercurio y cadmio que son peligrosos cuando las pilas son
desechadas. Por otra parte, ellas constituyen un problema cuando de repente aparecen grietas o fisuras en el
recipiente las mismasque producen fugas de los componentes tóxicos antes mencionados. Cualquier persona que
haya abierto la parte posterior de una de estos elementos observará los componentes internos de las baterías las
mismas que muestran un índice de acidez o alcalinidad y que si por algún descuido son consumidos producirán
desordenes catastróficos en el ser humano.
La electricidad también puede ser almacenadaquímicamente en celdas de combustible. Este dispositivo no requiere
de soluciones ácidas o alcalinas, estas especies químicas que usan son el hidrógeno y el oxigeno las mismas que
reaccionan a través de una membrana semipermeable dando lugar a una liberación de electrones durante el proceso.
El producto final de estas reacciones son el agua, por ello el uso de estos dispositivos no generanproblemas para el
medio ambiente. El problema que aparece durante el uso de celdas de combustible son su tamaño, pues en la
actualidad su uso está limitado a cuerpos grandes como por ejemplo camiones. Sin embargo, se encuentra en
ejecución un conjunto de trabajos de investigación los mismos que en un futuro no muy lejano estas celdas serán
utilizadas a escala industrial.
El almacenamiento deenergía eléctrica en forma mecánica se logra mediante el uso de capacitores (condensadores),
dispositivos que almacenan energía eléctrica sin la necesidad de la presencia de reacciones químicas ácidas o
básicas. Un condensador se compone de dos conductores colocados uno cerca del otro pero sin tocarse. Cuando
estos conductores son cargados con cargas de signo opuesto, aparecen fuerzas electrostáticasque les permite
mantener una diferencia de potencial entre ellos. Por ello cuando estos conductores son conectados a través de un
circuito, los electrones fluye del conductor cargado negativamente hacia el conductor cargado positivamente
manteniéndose siempre dicha diferencia de potencial.
Los condensadores en la actualidad se constituyen en uno de los elementos más importantes de loscircuitos
modernos. Es así que el equipo que está utilizando para leer o imprimir este archivo contiene millones de ellos los
mismos que realizan diferentes tareas requeridas. En éste capítulo desarrollaremos un conjunto de ideas sobre
capacitancia, condensadores con y sin dieléctrico así como se hará un estudio detallado del almacenamiento de la
energía por estos dispositivos tratando de darle la...