¿Qué es la capacitancia en ingeniería eléctrica?

La capacidad eléctrica caracteriza la propiedad de los cuerpos conductores de cargarse bajo la influencia de un campo eléctrico, y también de acumular energía eléctrica en el campo de estos cuerpos.

Una analogía de la capacidad eléctrica en el campo de la hidrostática puede ser la capacidad específica de un buque por unidad de altura, que es numéricamente igual al área de la sección horizontal del buque.

Imagina una cisterna alta. La cantidad de líquido (la cantidad de electricidad en el cuerpo) que se puede almacenar en el tanque depende de la altura de su llenado (potencial del cuerpo) así como del volumen de líquido por unidad de altura del tanque (capacidad del cuerpo). Este volumen de líquido, a su vez, depende del área de la parte horizontal del tanque, de su diámetro.

Cuanto mayor sea este diámetro, y por tanto el volumen por unidad de altura, mayor será la capacidad específica por altura del depósito (la capacidad eléctrica entre las dos placas es proporcional al área de las placas, véase — ¿Qué determina la capacitancia de un capacitor?).En consecuencia, depende del valor del volumen de líquido por unidad de altura y del trabajo que se debe realizar para llenar el tanque.

Supongamos que hay dos bolas de cobre del mismo tamaño (roja y azul) ubicadas a cierta distancia entre sí en el espacio. Tome una batería de 9 voltios y conéctela con polos opuestos a estas dos bolas de modo que "+" esté conectado a una bola (a la azul) y "-" a la otra (a la roja). Entre las bolas aparecerá una diferencia de potencial eléctrico igual al voltaje de la batería V = 9 voltios.

Los estados eléctricos de estas dos bolas de cobre se volvieron inmediatamente diferentes que antes de que se conectara la batería, porque ahora hay cargas eléctricas opuestas en las bolas que interactúan, experimentando la fuerza de atracción entre sí.

Podemos decir que la batería ha transferido una carga positiva + q de la bola izquierda a la derecha y por lo tanto la diferencia de potencial entre las bolas se ha convertido en V = 9 voltios. Ahora la bola de la izquierda tiene carga negativa -q.

Si agregamos otra batería del mismo tipo al circuito en serie, entonces la diferencia de potencial entre las bolas se duplicará, el voltaje entre ellas ya no será de 9 voltios, sino de 18 voltios, y la carga se moverá desde el pelota a la pelota también se duplicará (se convertirá en 2q), así como el voltaje. Pero, ¿cuál es la magnitud de esta carga q se mueve cada vez que el voltaje aumenta 9 voltios?

Obviamente, la magnitud de esta carga es proporcional a la diferencia de potencial creada entre las bolas. Pero, ¿en qué proporción numérica exacta están la carga y la diferencia de potencial? Aquí tendremos que introducir una característica del conductor como la capacidad eléctrica C.

La capacitancia es una medida de la capacidad de un conductor para almacenar carga eléctrica. También es importante comprender que cuando se carga el primer cable, aumenta la fuerza del campo eléctrico a su alrededor. En consecuencia, el efecto del primer cable cargado sobre el segundo cable cargado aumentará, especialmente si comienzan a acercarse el uno al otro.

La fuerza de interacción entre los cables cargados se vuelve mayor si la distancia entre ellos se vuelve más pequeña. Además, dependiendo de los parámetros del medio entre los cables, la fuerza de su interacción también puede ser diferente.

Entonces, si hay un vacío entre los cables, entonces la fuerza de atracción entre sus cargas será una, pero si se coloca nailon entre los cables en lugar de un vacío, entonces la fuerza de la interacción electrostática se triplicará, porque el nailon pasa un campo eléctrico a través de sí mismo 3 veces mejor que el aire y, de hecho, debido al campo eléctrico, los cables cargados interactúan entre sí.

Si los cables cargados comienzan a separarse entre sí en diferentes direcciones, interactuarán menos, la diferencia de potencial será mayor para las mismas cargas, es decir, la capacidad de dicho sistema disminuirá con la separación de los cables. El trabajo se basa en la idea de capacidad eléctrica. condensadores.

Condensadores

La propiedad de los conductores cargados de interactuar electrostáticamente entre sí a través de los campos eléctricos separados por un dieléctrico se utiliza en los condensadores.

Estructuralmente, los condensadores son dos placas llamadas placas. Las placas están separadas por un dieléctrico.Para obtener la mayor capacidad posible, es necesario que las placas tengan una gran superficie y la distancia entre ellas sea mínima.

Los condensadores en ingeniería eléctrica sirven como acumuladores de energía eléctrica en un campo eléctrico que se concentra en el volumen de dieléctrico colocado entre las placas del condensador, por lo que la carga se acumula o elimina (en forma de corriente eléctrica).

Se colocan dos placas separadas una distancia corta dentro de una carcasa sellada. Cerámica, polipropileno, electrolítica, tantalio, etc. — los capacitores difieren en el tipo de dieléctrico entre las placas.

Los condensadores son de alta y baja tensión, dependiendo de la rigidez dieléctrica.

Según el área de las placas y la constante dieléctrica del dieléctrico utilizado, existen condensadores de gran capacidad, que alcanzan cientos de faradios (supercondensadores), y de pequeña capacidad, unidades de picofaradios.

El uso de la capacidad eléctrica en ingeniería eléctrica.

La propiedad de los sistemas capacitivos es muy utilizada en ingeniería eléctrica en tecnologías de corriente alterna, especialmente en el campo de las frecuencias altas y ultraaltas.

En la tecnología de CC, la capacitancia se utiliza en dispositivos de magnetización de imanes permanentes, para soldadura eléctrica pulsada, pruebas de ruptura dieléctrica pulsada, suavizado de curvas de corriente en rectificadores, etc.

La capacitancia de cualquier sistema de cuerpos conductores aislados, que no puede reducirse completamente a cero, puede en algunos casos tener un efecto no deseado en las características de los dispositivos eléctricos (en forma de interferencia, fuga capacitiva, etc.).

Puede deshacerse de tal influencia o compensar adecuadamente su efecto (generalmente usando inductancia), o creando tales condiciones en las que los potenciales de ciertos cuerpos del sistema con respecto a los objetos circundantes tienen un valor mínimo (por ejemplo, puesta a tierra de uno de los cuerpos).