inductancia y capacitancia

Circuitos Eléctricos I

V

Elementos Almacenadotes de Energía

Elementos almacenadotes de energía

Objetivos:
o Describir uno de los elementos importantes almacenadores de energía muy
comúnmente utilizado en los circuitos eléctricos como es el Capacitor
o Calcular la Capacitancia equivalentes en los circuitos
o Reconocer como se da el almacenamiento de energía en un Capacitor
oDescribir el otro elemento importante almacenador de energía muy comúnmente
utilizado en los circuitos eléctricos como es el Inductor
o Calcular la Inductancia equivalentes en los circuitos
o Reconocer como se da el almacenamiento de energía en un Inductor
o Discutir acerca de la dualidad de ambos elementos almacenadores de energía
Introducción
El almacenamiento de energía en elementos decircuito eléctrico es un aspecto importante
en el desarrollo de circuitos flexibles y útiles. Describiremos dos elementos almacenadotes
de energía como son: el capacitor y el inductor. Todos los capacitares como los inductores
o bobinas son elementos lineales, sin embargo a diferencia de la resistencia, sus
características terminales se describen mediante ecuaciones diferenciales lineales. Otracaracterística distintiva de estos elementos es su capacidad de absorber energía del circuito,
almacenarla temporalmente y regresarla después. Los elementos que poseen esta capacidad
de almacenamiento de energía se denominan simplemente elementos de almacenamiento.
Los capacitores son capaces de almacenar energía cuando un voltaje esta presente a través
del elemento. La energía realmente sealmacena en un campo eléctrico.
Los inductores o bobinas son capaces de almacenar energía cuando una corriente pasa a lo
largo de ellas haciendo que se forme un campo magnético.
5.1

dq
i(t) = dt

Capacitores

Un capacitor es un elemento de circuito
que consiste en dos superficies
conductoras separadas por un material
no conductor, o dieléctrico. Un
capacitor simplificado y su símbolo semuestran en la figura 5.1.1

A

(a)

d

+

dieléctrico

v(t)
-

+
q(t)
-

C

(b)

Figura 5.1.1
Hay muchas formas diferentes de
capacitores y pueden clasificarse por el tipo de material dieléctrico que se usa entre las
placas conductoras. El material dieléctrico puede ser aire, vacío, papel impregnado con
aceite o cera, mylar, poliestireno, mica, vidrio o cerámica.
133C.R. Lindo Carrión

Circuitos Eléctricos I

Elementos Almacenadotes de Energía

Capacitancia es una medida de la propiedad de un dispositivo de almacenar energía en
forma de cargas separadas o de un campo eléctrico. Es el factor de proporcionalidad que
aparece entre las placas conductoras y se mide en Culombios por voltios (Coulombs por
volt) o Faradios (F).
Los capacitores ocondensadores pueden ser fijos o variables y típicamente van de miles de
microfaradios (µF) a unos cuantos picofaradios (pF).
La capacitancia de dos placas paralelas, de área A separadas una distancia d (como el de la
Figura 5.1.1.a), es

C=

εo A
d

,donde εo es la permeabilidad del espacio libre, con valor de 8.85x10-12 F/m

Supongamos ahora que se conecta una fuente al capacitor como en laFigura 5.1.1.b,
entonces se transferirán cargas positivas a una placa y cargas negativas a la otra. La carga
en el capacitor es proporcional al voltaje a través de éste como q = Cv.
El diferencial de carga entre las placas crea un campo eléctrico que almacena energía.
Debido a la presencia del dieléctrico, la corriente de conducción que fluye en los alambres
que conectan el capacitor al restodel circuito no puede fluir internamente entre las placas.
Sin embargo, vía la teoría del campo electromagnético se puede mostrar que ésta corriente
de conducción es igual a la corriente de desplazamiento que fluye entre las placas del
capacitor y está presente siempre que un campo eléctrico o voltaje varía en el tiempo.
Las características terminales de corriente-voltaje del capacitor son:...