Informe Labo Fisica Capacitancia

CAPACITANCIA
I. OBJETIVOS DE LA PRACTICA
II. OBJETIVO GENERAL
• Estudiar el proceso de carga y descarga de un capacitor en un circuito RC en serie excitado por un voltaje constante.
II.I. OBJETIVO ESPECÍFICO
• Comprobar la relación de constante de tiempo con la capacitancia y con la resistencia.
III. MARCO TEÓRICO
Condensador, dispositivo que almacena carga eléctrica. En su forma mássencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas (armaduras) separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. La botella de Leyden es un condensador simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos metálicos dentro y fuera del cristal de la botella,que a su vez es el dieléctrico. La magnitud que caracteriza a un condensador es su capacidad, cantidad de carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.
III.I. Principio de Pseudocapacitancia
Los estudios en supercapacitancia llevaron a proponer un nuevo modelo de almacenaje de energía eléctrica: la pseudocapacitancia. Como veíamos en la introducción, en lacapacitancia clásica el almacenamiento de energía está asociado a la acumulación de carga eléctrica entre las láminas del condensador gracias al medio aislante. En cambio, se descubrió que la acumulación de carga en los supercapacitores, principalmente los de carbono con disolución electrolítica de un metal, era producida por la deficiencia electrónica producto de la interacción de los iones metálicoscon el medio de carbono.
La pseudocapacitancia es un fenómeno dependiente de voltaje, con lo cual poseemos por tanto una capacitancia variable que debe ser modelada adecuadamente. Sin embargo, en los rangos de voltaje en que son utilizados los supercapacitores permiten su manejo como un capacitor convencional con un valor alto de capacitancia y una serie de resistores e inductores (5,6). Además,se aumenta la capacitancia con una delgada capa de material aislante entre las interfaces de carbono.
De acuerdo con este modelo teórico, uno de los principales aspectos a estudiar en el fenómeno de supercapacitancia es la concentración del electrolito y la naturaleza de los electrodos (denominación común de las barras conductoras) así como la naturaleza de la capa de aislante. Zhang (7) reportaque los electrolitos recomendados para la construcción de supercapacitores son los hidróxidos de sodio y potasio, y reporta que hay un aumento de la capacitancia hasta un punto crítico en 2 y 10 molar respectivamente; sin embargo, el aumento de la concentración trae consigo un aumento constante de la resistencia interna del dispositivo. Por otro lado la presencia de la interfaz de carbonoincrementa la capacitancia únicamente si la porosidad promedio del medio es máxima, por lo que los diseños de nanotubos y nanoespumas son fundamentales para el desarrollo de supercapacitores. Por último Obreja (8) reporta que la capa ideal debe de oscilar entre los 50 a los 200 micrómetros.
III.II. Clasificación y Elaboración de Supercapacitores
Los supercapacitores actualmente se clasifican deacuerdo con los materiales de los que se encuentran elaborados. Actualmente se distinguen de acuerdo con Zhou (2) y Dinh – Nguyen (3) principalmente cuatro tipos:
1. Supercapacitores electrolíticos de interfaz de carbono de doble capa
Los principales son los que utilizan hidróxido de sodio y potasio o ácido sulfúrico. En ellos la disolución se disocia en iones positivos de sodio o potasio, que antela presencia de voltaje por aumento de la atracción entre cargas se acumula una mayor energía eléctrica.
2. Supercapacitores no electrolíticos de interfaz de carbono de doble capa
Los principales son los que son elaborados como aerogeles, soles, los de nanotubos de carbono y carbón activado. Los soles son dispersiones de partículas sólidas en líquido que se encuentran indefinidamente en...