Capacitancia y capacitoresLos cuerpos materiales que poseen cargas elctricas opuestas se atraen entre s por una fuerza cuya intensidad se calcula mediante la Ley de Coulomb. Para ayudar a representar esta fuerza se puede calcular un campo elctrico y un voltaje entre esos cuerpos. Se ha observado que para cada configuracin particular de dos cuerpos cargados, en la que la forma y la separacin de dichos cuerpos permanecen fijos, la relacin de carga a voltaje que existe entre ellos es una constante. Esta observacin se expresa matemticamente como:

q V

C

A la constante C se le llama capacitancia de la configuracin geomtrica en particular. Plantendolo de otro modo la capacitancia es la cantidad de carga que la configuracin puede almacenar por cada volt de diferencia de potencial que existe entre los dos cuerpos.

En la figura anterior se aprecian dos cuerpos separados por una distancia fija, sin estar conectados por algn conductor, los cuales almacenaran cierta cantidad constante de carga por cada volt de diferencia de potencial entre ellos. Si se construye un elemento de circuito de modo que posea deliberadamente un valor determinado de capacitancia, a ese elemento se le llama capacitor. La unidad de capacitancia es el farad (F) y se expresa como:

1 farad

1 coulomb de carga almacenada 1 volt

Un coulomb es una cantidad muy grande de carga y la cantidad de carga almacenada por cada volt en la mayora de los capacitores reales es mucho ms pequea que un coulomb. Esto hace que el farad sea demasiado inadecuado para describir la capacitancia de los capacitores reales. Como resultado es comn ver la capacitancia de configuraciones particulares y capacitores expresados en microfarads -6 -9 -12 (1x10 F), nanofarads (1x10 F) o en picofarads (1x10 F). Por ejemplo los capacitores grandes que se emplean en los filtros de fuentes de poder tienen valores de capacitancia de 1000 a 4700 F. Los capacitores con valor pequeo que se emplean en instrumentos de radiocomunicacin tienen valores de capacitancia entre 25 y 50 pF. Se emplea la configuracin especial de dos placas de metal paralelas separadas por una distancia muy pequea para construir casi todos los elementos de circuito que se utilizan como capacitores. Estos capacitores se llaman capacitores de placas paralelas. El valor de la capacitancia para estructuras de placas paralelas se calcula mediante la ecuacin:

C

K

0

A

d

Donde: K0

Constante dielctrica relativa Permitividad del espacio libre ( 0 = 8.85 X 10 F/m) 2 superficie de las placas (en m ) distancia entre las placas (en m)-12

A d

DielctricosUn dielctrico es un material aislante, colocado entre las placas de un capacitor, utilizado para aumentar el valor de la capacitancia. Se pueden obtener muchos valores diferentes de capacitancia a partir de dos placas paralelas del mismo tamao y separacin utilizando diferentes dielctricos.

Tipos de capacitoresLos capacitores se fabrican en varias combinaciones de conductores y dielctricos. Las familias de capacitores se basan en el tipo de dielctrico empleado tales como mica, cermica, papel o aceite. Capacitores de mica

La mica es un mineral transparente con alta fuerza dielctrica que fcilmente se separa en hojas uniformes cuyo espesor puede ser tan bajo como 0.0001 pulgadas. Tiene un alto voltaje de ruptura y qumicamente es casi inerte. Los capacitores de mica se fabrican en formas redondas, rectangulares o irregulares, intercalando capas de hoja metlica y de mica. La pila resultante de hojas de metal y mica se sujeta firmemente y se encapsula en un paquete de plstico. Las capacitancias disponibles son desde 1 pF hasta 0.1 F.

Capacitores de cermica Comercialmente existen dos tipos de capacitores de cermica:

de baja prdida y baja constante dielctrica. de alta constante dielctrica.

Los de baja prdida se emplean principalmente en aplicaciones de alta frecuencia. Los de alta constante dielctrica dan un valor grande de capacitancia en volumen pequeo. Sin embargo su valor de capacitancia puede cambiar mucho con variaciones de temperatura, voltaje de cd y frecuencia. Los valores de capacitancia de los capacitores de alta K van desde 100 pF hasta 0.1 F. Para fabricar los capacitores de cermica se emplea una construccin en la cual un disco o placa de cermica se cubre con metal en ambas caras. Se fijan las terminales al metal y el capacitor resultante se empaca en una cubierta de plstico o de cermica para protegerlo de la humedad y dems condiciones del ambiente. Los capacitores de cermica no requieren polaridad especial en el voltaje.

Capacitores de papel

Son los ms usados entre los capacitores debido su bajo costo y al hecho de que se pueden construir en un amplio margen de valores de capacitancia (de 500 pF hasta 50 F). Adems se pueden disear para resistir voltajes muy altos. Es usual imprimir el valor de la capacitancia y el voltaje en el cuerpo del capacitor. Para unidades pequeas se emplea una clave de colores. Cuando no se emplea esa clave se imprime una banda negra en el tubo, en el extremo ms cercano a la terminal que est conectada a la hoja metlica exterior. Esta terminal debe conectarse siempre con la terminal del circuito que tiene menor potencial. Muchos capacitores de papel tienen forma cilndrica porque se fabrican enrollando una serie de capas de metal y hojas de papel impregnado para formar un tubo. Se fijan terminales axiales a cada lmina metlica y el tubo se encapsula en papel encerado o en plstico.

Capacitores de pelcula plstica

Se construyen bsicamente del mismo modo que los capacitores de papel, con la excepcin de que se emplea como dielctrico hoja delgada de plstico (como mylar, tefln o polietileno). Este dielctrico mejora las propiedades del capacitor. Sus dems caractersticas son semejantes a las de las unidades de papel. Sin embargo el costo es mayor para las unidades de plstico de modo que no es usual utilizarlas, excepto cuando un capacitor de papel no puede satisfacer las especificaciones de diseo. Los capacitores comerciales de pelcula plstica se fabrican en rangos entre 500 pF Y 1 F.

Capacitores electrolticos

Se fabrican generalmente de aluminio o de tantalio. La estructura bsica del capacitor electroltico de aluminio consiste de dos hojas de aluminio, una de las cuales est cubierta con una membrana extremadamente delgada de xido. Se hace crecer la capa de xido sobre el metal mediante un proceso de aplicar voltaje al capacitor denominado proceso de formacin. El espesor del xido depende del voltaje de formacin. Entre las hojas se encuentra una solucin electroltica que empapa a un papel. El electrlito es conductor y sirve como extensin de la hoja no oxidada de metal. Como es un fluido el electrlito se puede conectar directamente contra el dielctrico de xido. Las dos placas cargadas con

signos opuestos quedan entonces separadas efectivamente por slo una pelcula de xido extremadamente delgada que posee una constante dielctrica muy alta. Una vez formado el xido se enrollan las hojas en forma de tubo y la pieza de hoja sin xido se conecta con el empaque exterior del capacitor. Esta terminal sirve como conexin negativa del capacitor, la otra terminal se marca con un signo ms en el cuerpo del capacitor y se debe conectar con la terminal positiva del circuito en el que se emplee. Se debe hacer mucho nfasis en que el capacitor electroltico slo se debe conectar en un circuito con polaridad correcta. Si se conecta la terminal positiva del capacitor con la terminal negativa del circuito la accin qumica del electrlito romper el dielctrico de xido y destruir al capacitor. Adems, como sucede con otros capacitores, no se debe rebasar el voltaje nominal. Para los valores de capacitancia ms grandes, el voltaje mximo ser pequeo debido a que la pelcula de xido es muy delgada.

Los capacitores electrolticos tienen mayores valores de capacitancia que van desde 1 hasta 500000 F.

Capacitores variables

Al igual que con las resistencias con frecuencia es necesario poder variar el valor de un capacitor mientras permanece conectado a un circuito. El capacitor variable de aire es un tipo comn de capacitor variable. Se fabrica montando un conjunto de placas metlicas (generalmente de aluminio) sobre un eje e intercalndolas entre un conjunto de placas metlicas fijas de forma similar. Cuando se hace girar el eje se crea ms o menos superficie (dependiendo de la direccin de giro) entre las placas adyacentes y con carga opuesta. La variacin de la superficie cambia la capacitancia. (Mientras mayor sea la superficie intercalada, mayor ser la capacitancia.) Debido a que el dielctrico es aire, la separacin entre las placas se debe mantener lo suficientemente grande para asegurar que no se toquen y se descarguen.

El capacitor de ajuste (comnmente llamado capacitor trimmer) tambin es un capacitor variable, pero se utiliza principalmente en circuitos que slo necesitan ajustes de una sola vez o en muy raras ocasiones.

Seguridad con los CapacitoresUn capacitor cargado almacena energa. Si el capacitor tiene un valor grande de capacitancia y est cargado con alto voltaje la cantidad de energa almacenada puede ser bastante grande. Durante la descarga la energa se libera por la corriente que pasa por la conexin entre las placas. Si esa descarga ocurre en forma accidental a travs de un ser humano el choque elctrico que se provoca puede ser molesto y doloroso o incluso mortal. Debido a que un capacitor cargado no se distingue de uno descargado este representa un peligro oculto para la seguridad. Esto significa que si un capacitor se carga durante su uso, se debe descargar antes de manipularlo o volverlo a guardar en su lugar. . Siempre se debe descargar un capacitor a travs de una resistencia adecuada. Si slo se ponen en cortocircuito las terminales fcilmente se puede daar un capacitor en buen estado. Por lo tanto, no se aceptan mtodos como el conectar las terminales del capacitor cargado entre s mediante un destornillador.

Lectura de CapacitoresEn la lectura de valores de capacitores se usan diferentes submltiplos de la unidad bsica denominada Farad (F) la cual es la unidad de capacidad. Los submltiplos ms comunes son: El microfarad ( F) o la millonsima parte de un Farad, 10 F (0.000001 F). El nanofarad (nF) o la billonsima parte de un Farad, 10 F (0.000000001 F). El picofarad (pF) o la trillonsima parte de un Farad, 10 F (0.000000000001 F).-12 -9 -6

Para convertir una unidad en otra podemos consultar la siguiente tabla:

Los capacitores cermicos, de polister y de polipropileno pueden venir en capacidades que van desde 1 pF hasta 1 F. Existen varios tipos de marcacin sobre la superficie del capacitor. En capacitores con valores pequeos el valor dado sera en picofarads y va desde 1 pF hasta 4700pF. Ej.:

La "letra" representa la tolerancia, pero debemos tener cuidado con la letra k, pues en este caso la "K" mayscula significa "kilo" o x 1000.

En algunos capacitores a veces se consiguen letras adicionales referidas a caractersticas de temperatura y variacin mxima de capacidad. Estas caractersticas normalmente se representan con tres letras y estn debajo de la capacidad. Hay otras formas posibles de marcado de capacidad en un capacitor cermico, por ejemplo usted puede conseguir la expresin directa del valor seguido de la letra "n" la cual ndica el submltiplo nanofarad. La letra seguida a la "n" es la tolerancia. Por ejemplo, 22nZ sera 22 nanofarad y 80% de

tolerancia, a veces podemos conseguir seguido de este valor otro que ndica la tensin de trabajo del capacitor, por ejemplo 50V.

En el cdigo tres cifras la tercera cifra indica la cantidad de ceros que debemos agregar o lo que es lo mismo, el factor de multiplicacin.

Inductores e inductanciaLa inductancia es aquella propiedad de un dispositivo que reacciona contra un cambio en la corriente que pasa por l. Los inductores son componentes diseados para emplearse en circuitos y resistir cambios de corriente para as efectuar importantes funciones de control. El diseo de los inductores se basa en el principio de que un campo magntico variable induce un voltaje en cualquier conductor en ese campo. As, un inductor prctico puede ser sencillamente una bobina de alambre. La corriente en cada espira de la bobina produce un campo magntico que pasa a travs de las espiras vecinas. Si la corriente a travs de la bobina es constante, el campo magntico es constante y no sucede nada. Sin embargo, un cambio en la corriente produce un cambio en el campo magntico. La energa absorbida o liberada del campo magntico cambiante reacciona contra el cambio en la corriente, y esto se presenta como un voltaje inducido (fuerza electromotriz, o fem), el cual es contrario al cambio del voltaje aplicado. El inductor se comporta entonces como una impedancia de la corriente alterna.