INTRODUCCIÓN ELECTROSTÁTICA. CONDENSADORES

Coloquemos un cuerpo cualquiera en el interior de un campo eléctrico. Las cargas de las partículas que constituyen el cuerpo se verán impulsadas por la acción del campo de manera que, en general, se producirá un desplazamiento efectivo de las cargas eléctricas y su acumulación en determinadas zonas del cuerpo.

Este fenómeno, por el cual aparecen cargas eléctricas en un cuerpo al someterlo a un campo eléctrico o al acercarle otra carga, se denomina introducción electrostática.

Conductor metálico

La estructura interna de los metales permite que uno o más electrones pertenecientes inicialmente a cada uno de sus átomos (que ocupan posiciones fijas en la red cristalina), pueden ocupar cualquier posición en el interior del cuerpo. No están, pues, ligados a un átomo concreto: son electrones libres, y sus movimientos en el interior del conductor son desordenados. Bajo la acción de un campo eléctrico se desplazarán en sentido contrario a las líneas de campo, con lo cual, en un extremo del conductor habrá una acumulación de electrones; y, en el otro, una carga positiva neta, debido a su ausencia.

Estas cargas inducidas crean, a su vez, otro campo eléctrico que se opone y tiende a anular al primero en el interior del conductor. Podemos eliminar una cualquiera de las concentraciones de cargas comunicando un extremo con la tierra, con lo cual, por inducción electrostática, conseguiremos cargar el cuerpo.

En un conductor metálico, los electrones libres se mueven en todas direcciones. Cuando un campo eléctrico actúe sobre ellos, se desplazarán en un mismo sentido.

Si el conductor está aislado, se acumulan electrones en un extremo.

Dieléctricos

En un cuerpo no conductor (dieléctrico), los electrones están unidos a sus átomos o agregados atómicos, sin posibilidad de desplazarse libremente por el interior del cuerpo. Sin embargo, al acercar un cuerpo eléctrico, se produce una reorientación de las cargas alrededor del punto de equilibrio de cada átomo, lo que provoca la aparición de cargas de signos opuestos en los extremos del cuerpo.

Acción de un campo eléctrico sobre los cuerpos no conductores. Si las moléculas del cuerpo tienen polaridad eléctrica, se orientan siguiendo la línea del campo.

Si las partículas componentes tienen simetría esférica, el campo induce en cada una de ellas un significativo desplazamiento de la carga.

Capacidad

Existe una relación entre la carga Q que suministraremos a un cuerpo y el potencial V que adquiere. Si el cuerpo es un conductor, las cargas elementales se repelerán entre sí y tenderán a ocupar las posiciones más distantes posibles. Así pues, la carga suministrada se distribuirá de manera uniforme por toda su superficie, que alcanzará, de este modo, un determinado potencial. El cociente entre la carga suministrada y el potencial adquirido es característico del cuerpo, y recibe el nombre de capacidad del conductor (c):

Condensadores

Si en las cercanías de un conductor cargado existe otro conductor que tiene carga de signo opuesto, el potencial del primero (o sea, el trabajo que nos costaría trasladar hasta él una carga de +1C) se verá reducido; tanto más, cuanto más cerca esté el segundo conductor. Así, su capacidad aumentará.

Cuando dos conductores, cargados con cargas opuestas, están dispuestos de manera que todas las líneas de campo que parten del conductor positivo van a parar al negativo, se dice que entre ellos existe influencia total. El conjunto de los dos conductores es un condensador;  y cada conductor, una sus armaduras.

En los condensadores, la capacidad es igual a la carga Q de la armadura positiva (si la influencia es total,  la carga de la armadura negativa será -Q) partida por la diferencia de potencial (V-V’) creada entre las dos armaduras.

Un caso habitual es la de un condensador formado por dos láminas metálicas muy próximas y separadas por una sustancia no conductora (cuya constante dieléctrica sería ɛ).  La capacidad de este condensador plano sería proporcional a ɛ y el área S de las armaduras, e inversamente proporcional a la distancia entre ellas, según la expresión:

El farad (F), unidad de capacidad (1 farad = 1 coulomb / 1 volt), Es demasiado grande para los condensadores habituales, por lo que se utilizan como unidad el nF (nanofarad = 1F / 10⁹) y el pF (picofarad = 1F / 10¹²).

Entre los dos cuerpos conductores de la figura existe una influencia total: todas las líneas del campo que salen de A Van a parar a B. La cara externa de B está conectada a tierra y, por consiguiente, la carga total del conjunto es cero.

Energía de un condensador

El trabajo necesario para cargar un condensador (extraer carga de la armadura negativa y trasladarla hasta la positiva) queda acumulado en el sistema en forma de energía eléctrica,  la cual puede ser utilizada en el proceso de descarga. Esta energía acumulada es un condensador de capacidad C,  que requiere una diferencia de potencial V-V’ cuando lo cargamos con una carga Q,  responde a la siguiente expresión:

¡Si te gustó el artículo no dudes en dejar tu comentario aquí abajo!