CAPACIDAD CONDENSADORES - DIELÉCTRICOS

Transcripción

1 Autor: O. irgini Sepúlved Físi II - F. ienis Nturles - Sede Trelew APAIDAD ONDENSADORES - DIELÉTRIOS ué es un ondensdor? Se denoin sí un onjunto onstituido por dos ondutores ernos, isldos uno de otro, de ulquier for: dos pls prlels, o dos ilindros oxiles, o dos esfers onéntris, d uno on rgs de igul gnitud y signos opuestos. Este dispositivo sirve pr lenr rg y energí. El ondensdor generliz l ide de dipolo elétrio, en el que hy rgs igules y de signo opuesto, pero de nturlez puntul. Estos dispositivos, uy útiles, uplen últiples funiones. El flsh de ls árs fotográfis posee un ondensdor que len l energí neesri pr proporionr un destello súito de luz. En un fuente de poteni de ls que se usn pr rergr luldors, suviz ls pequeñs onds que surgen undo l orriente ltern del enhufe doéstio se onvierte en orriente ontinu. Se puede usr un ondensdor pr estleer onfiguriones de po elétrio on lgún ojetivo espeífio, pr generr osiliones eletrognétis en rdiofreuenis, pr trnsitir señles pulsntes (rdiotelesopios). Los ondensdores pueden enerrr fuertes pos elétrios en pequeños volúenes. Los elerdores de eletrones uuln energí durnte lrgos períodos en un terí de ondensdores. Se utilizn en ls investigiones de l físi del pls. El ondensdor ás siple es el de pls prlels. Está fordo por dos pls ondutors que pueden ser láins etális uy fins seprds y islds por un hoj de ppel. Esto se enroll pr horrr espio. Al onetr ls pls un terí se produe un trnsfereni de rg de un ondutor l otro hst que l difereni de potenil entre los ondutores deido sus rgs igules y opuests se he igul l difereni de potenil entre los terinles de l terí. L ntidd de rg en ls pls depende de l difereni de potenil y de l geoetrí del ondensdor. L ern elulr es el odelo iológio por exeleni de ondensdor, y el ás undnte en l nturlez. Responde l so ás siple: de pls plns prlels. L ern len sore sus superfiies intern y extern rgs elétris de signo opuesto, que produen un difereni de potenil entre s rs de l ern. El grosor de l ern es uho enor que su extensión o su rdio de urvtur, y sus efetos elétrios se pueden desriir oprándol on un ondensdor plno. pidd L pidd o pitni se define oo l rzón entre l gnitud de l rg de ulquier de los ondutores de un ondensdor y l gnitud de l difereni de potenil entre ellos. = gnitud de l rg en d pl. = difereni de potenil entre ls pls.

2 Autor: O. irgini Sepúlved Físi II - F. ienis Nturles - Sede Trelew L pitni siepre es un ntidd positiv y puesto que l difereni de potenil uent edid que l rg lend se inreent, l proporión / es onstnte pr un pitor ddo. En onseueni l pitni de un dispositivo es un edid de su pidd pr lenr rg y energí potenil elétri. Unidd (SI): Frdio F = F = -6 F pf = - F Síolo [ ] L pidd depende de l for geoétri de ls pls, de l relión espil entre ells y del edio en el que están suergids (dielétrio). álulo de l pitni ondensdor de pls prlels: En un ondensdor de pls prlels de l is superfiie A, seprds un distni S, pequeñ en relión ls diensiones de ls pls, se dispone un rg + en un pl y en l otr. El po en ulquier punto entre ls pls (exluyendo los puntos próxios l orde) es proxidente igul l po deido dos plnos de rg infinitos, igules y opuestos. d pl port un po unifore: E A rg por unidd de áre en d pl oo el po es unifore, l difereni de potenil entre ls pls es:

3 Autor: O. irgini Sepúlved Físi II - F. ienis Nturles - Sede Trelew E S S S A oo A S ondensdor de pls prlels oo es proporionl l pidd no depende de ellos sino de los ftores geoétrios. = 8,85. - F / = 8,85 pf / ondensdor ilíndrio: Está fordo por un pequeño ilindro o lre ondutor de rdio y un ortez ilíndri yor de rdio onéntri on l nterior. El le oxil de T se puede onsiderr oo ondensdor ilíndrio. Supongos que l longitud es L on rg + en el interior y - en el exterior: E r r L r L (densidd de rg linel) El po deido en l ortez extern es ero dentro de l ortez (deido l ley de Guss). L difereni de potenil entre los ondutores es: dr Erdr ln L r L interno externo L ln( / ) ln( / ) L ondensdor ilíndrio L pidd es proporionl l longitud de los ondutores, yor longitud yor ntidd de lend pr deterindo. ué es un dielétrio? Es un teril no ondutor oo el vidrio, el ppel o l der. Frdy desurió que undo el espio entre los dos ondutores del ondensdor es oupdo on un dielétrio, l pidd uent en un ftor que es rterístio del dielétrio y que se denoin onstnte dielétri. Esto suede porque el po elétrio entre ls pls de un ondensdor se deilit 3

4 Autor: O. irgini Sepúlved Físi II - F. ienis Nturles - Sede Trelew us del dielétrio. Así, pr un deterind sore ls pls, l difereni de potenil se redue y l relión / se inreent. Si el po elétrio originl es E sin dielétrio, en el dielétrio será Si l seprión de ls pls es S L nuev pidd es E S E S E E / Por lo tnto l pidd de un ondensdor de pls prlels lleno de un dielétrio de onstnte es: A A S S Siendo l peritividd del dielétrio. undo el po elétrio en un dielétrio se he sufiienteente intenso, se produe un grn núero de iones y eletrones lires, y el teril se vuelve un exelente ondutor. Est trnsiión se produe un po elétrio rítio denoindo rigidez dielétri. El ryo es un ejeplo espetulr de este fenóeno, en que el ire se vuelve ondutor. En los ondensdores oeriles, se indi el áxio de voltje que pueden ser soetidos sin riesgo de lnzr l rigidez dielétri y perjudir otrs prtes del iruito. 4

5 Autor: O. irgini Sepúlved Físi II - F. ienis Nturles - Sede Trelew El leniento de l energí elétri undo se rg un ondensdor on un terí, ést reliz un trjo W l trnsportr los portdores de rg de un pl otr. Esto supone un uento de energí potenil U en los portdores que oinide on l energí elétri lend en el ondensdor. Se puede oprr este efeto on l energí lend en un resorte opriido. Est energí lend se reuper undo se desrg el ondensdor. Lleos q l rg trnsferid l o de ierto tiepo. L difereni de potenil es q. Si hor se trnsfiere un pequeñ ntidd diionl de rg dq desde el ondutor negtivo de potenil hst el ondutor positivo un potenil. du dq q dq El inreento totl de energí potenil U es l su o de ests rgs du undo q ree de. U du q dq L energí potenil es l energí lend en el ondensdor. Si U Energí lend en un ondensdor oiniones de ondensdores A) ondensdores en prlelo: L difereni de potenil plid los ondensdores onetdos en prlelo es l is. Ls pls superiores están onetds entre sí y l terinl y ls inferiores entre sí y l terinl. Los puntos y están onetdos un terí que ntiene un difereni de potenil 5

6 Autor: O. irgini Sepúlved Físi II - F. ienis Nturles - Sede Trelew 6 Si ls piddes son y, ls rgs y están dds por: y L rg totl lend es ) ( L pidd equivlente es l de un solo ondensdor pz de reeplzr l oinión y lenr l is rg. eq B) ondensdores en serie: L rg sore d ondensdor es l is. undo los puntos y se onetn un terí, se estlee un difereni de potenil entre los dos ondensdores. Si un rg + se deposit sore l pl superior del prier ondensdor, el po elétrio produido por dih rg induirá un rg negtiv igul sore l pl inferior. En el prier ondensdor En el segundo ondensdor L difereni de potenil entre los dos ondensdores en serie es l su de ls diferenis de potenil ) ( eq eq

7 Autor: O. irgini Sepúlved Físi II - F. ienis Nturles - Sede Trelew De interés pr estudintes de ienis Nturles: Propieddes elétris de l ern elulr Aún sin onoer l nturlez de l ern elulr trvés de l irosopí eletróni, se pudo generlizr por edio de ediiones elétris, un propiedd oún: l pitni por unidd de superfiie del teril líite elulr er, proxidente de μf/.el espesor de l ern es de 75 Å. Podrí pensrse l ern elulr oo el teril dielétrio de un ondensdor rgdo. En generl, l rg es negtiv en l superfiie intern y positiv en l extern. Existe un difereni de potenil trvés de l ern, por ejeplo, en el nervio en reposo, del orden de,6. Por lo oún, se expres l intensidd de un po elétrio en oltios/. De tl odo el po elétrio en el interior de l ern elulr del nervio en reposo serí: L fuerz dielétri de un isldor oeril es el po elétrio áxio (oltios/) l que puede ser soetido el teril ntes de desintegrrse. L fuerz dielétri yor de un uen islnte oeril oo l go, es de proxidente.. /. Así, el teril de l ern elulr, onsiderdo oo islnte elétrio, dee tener un poteni dielétri uy elevd, es deir de 8.. /. Tién se puede onsiderr l onstnte dielétri del teril de l ern elulr. Teniendo en uent que, l pitni de un ondensdor es l edid de l ntidd de rg que puede gurdrse en ls pls del ondensdor, undo se ps trvés de ls iss un deterindo voltje; que l pitni está en proporión diret on l superfiie de orte trnsversl A del ondensdor, y on l onstnte dielétri k del islnte entre ls pls del ondensdor; que l pitni es inversente proporionl l espesor del dielétrio S, es deir, l distni entre ls pls del ondensdor En el SI A k S,6 75 on 9 f 8.. k S A 6 9 f 75 f 4 8 Otr vez, oprdo on los isldores elétrios oeriles, un onstnte dielétri de 8 es reltivente elevd. Llegos l onlusión, de que l ern de l élul nervios tiene un onstnte dielétri y un potenil dielétrio, reltivente ltos. oo l pidd totl del ondensdor es diretente proporionl su superfiie, l pitni de un élul es yor unto yor se el tño de ést. L pidd de un ern lipídi de un élul es μf/. 7