Energía de un condensador cargado, el uso de condensadores.
Los metales son excelentes conductores de la electricidad. Conducen la electricidad porque tienen portadores de electrones libres sin carga eléctrica. Y si se crea una diferencia de potencial en los extremos, por ejemplo, de un cable de cobre con la ayuda de una fuente constante de EMF, entonces surgirá una corriente eléctrica en dicho cable: los electrones saldrán del terminal negativo del EMF. fuente - a su terminal positivo.
Por el contrario, los dieléctricos no son conductores de la corriente eléctrica, ya que en ellos no hay portadores libres de carga eléctrica. Los portadores de carga positiva y negativa en los dieléctricos están interconectados y forman los llamados dipolos eléctricos, que en un campo eléctrico externo solo pueden girar, pero no pueden moverse en traslación bajo la influencia de un campo eléctrico.
Más sobre esto: Diferencias entre metales y dieléctricos. y ¿Por qué los dieléctricos no conducen la electricidad?
Tomemos, por ejemplo, una pieza de dieléctrico en forma de tubería de PVC (el cloruro de polivinilo es un dieléctrico).Cubra la superficie exterior del tubo con una película adhesiva y simplemente empaque más papel de aluminio arrugado en el interior para que toque las paredes internas del tubo por todas partes.
Si ahora tomamos la fuente EMF, digamos batería de 24 voltios y conéctelo con el polo negativo a la lámina interior y el polo positivo a la exterior, entonces ambas partes de la lámina recibirán una carga de diferentes signos de la batería y un campo eléctrico dirigido desde el exterior desde el interior actuar en todo el volumen de la pared de la tubería de PVC.
Por lo tanto, en este campo eléctrico, las moléculas dieléctricas (PVC) girarán, se orientarán de acuerdo con el campo eléctrico externo: el dieléctrico está polarizado de modo que sus moléculas constituyentes giran sus lados negativos hacia afuera, respectivamente, al electrodo positivo (a la lámina conectada a la batería positiva), con sus lados positivos, hacia adentro, al electrodo negativo. Quitemos la batería.
La carga positiva permanece en la hoja exterior, ya que todavía está retenida por los lados cargados negativamente de las moléculas de PVC que miran hacia afuera, y una carga negativa en el interior, ya que está retenida por los lados positivos de las moléculas dieléctricas, que se han convertido. hacia adentro. Todo sucedió en total conformidad con la ley de la electrostática.
Si ahora cierra las partes exterior e interior de la lámina con unos alicates, en el momento del cierre puede notar una pequeña chispa: las cargas opuestas de las placas se atraen entre sí y provocan una corriente a través del cable (pinzas) y el dieléctrico. vuelve a su estado neutral original.
Es seguro decir que en este dispositivo, que consta de un tubo dieléctrico y dos placas de aluminio, cuando se le conecta una batería, una acumulación de Energía eléctrica.
Los dispositivos con una configuración similar se denominan: un dieléctrico encerrado entre placas conductoras aisladas entre sí. capacitores electricos.
Es interesante:Condensadores y baterías: ¿cuál es la diferencia?
Históricamente, el primer prototipo de capacitor, el Leiden Bank, fue inventado en 1745 en Leiden por el físico alemán Ewald Jürgen von Kleist e independientemente por el físico holandés Peter van Muschenbrück.
La energía de un capacitor cargado depende del voltaje (diferencia de potencial entre las placas) al que está cargado, ya que estamos hablando de la energía potencial de cargas opuestas en las placas separadas entre sí.
Por lo tanto, esta energía es igual al trabajo que hará el campo eléctrico de estas cargas cuando se atraen (o que hizo la fuente cuando se separaron durante la carga del capacitor). El trabajo elemental de mover una parte elemental de la carga de una placa a otra es igual a:
Los condensadores de diferentes configuraciones, cuando se cargan con la misma cantidad de carga, experimentarán diferentes diferencias de potencial entre las placas. También se puede decir que para diferentes capacitores, diferentes voltajes aplicados a las placas darán como resultado una carga cuantitativamente diferente.
En la práctica, esto significa que cada capacitor tiene un cierto valor constante, característica que caracteriza a ese capacitor en particular, relacionada con su configuración, la forma de las placas, la constante dieléctrica del dieléctrico, etc. Este parámetro se llama capacidad eléctrica C. La carga en un capacitor q está relacionada con la diferencia de potencial entre sus placas U de la siguiente manera:
Por lo tanto, la expresión para la energía total del capacitor cargado, una vez integrado, se puede escribir de la siguiente manera:
Hoy en día, los condensadores se utilizan en varios campos de la ciencia y la tecnología: como dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica, como filtros para suavizar las ondas en fuentes de alimentación, durante el control de circuitos RC de dispositivos electrónicos, en dispositivos de compensación de potencia reactiva, en instalaciones de inducción y dispositivos de radio como parte de un circuito oscilante, en potentes generadores de pulsos, en aceleradores electromagnéticos, en medidores de humedad del aire, etc.
Para más detalles ver aquí:¿Por qué se utilizan condensadores en los circuitos eléctricos?