Ya se han abordado los condensadores de placas paralelas. Pero, ¿tienes idea de qué son? ¿Es una configuración en la que dos placas son paralelas entre sí? ¿Por qué no intentas averiguarlo por ti mismo? Para comprender el concepto del condensador de placas paralelas, lea este artículo.
El condensador de placas paralelas
Los condensadores de placas paralelas son condensadores con electrodos y material aislante dispuestos en un patrón paralelo (dieléctrico). Los electrodos son las dos placas conductoras. Entre ellos, hay un dieléctrico. Para los platos, esto sirve como separador.
Las dos placas del condensador de placas paralelas son de tamaño similar. Están enchufados a la fuente de alimentación. La placa, que está unida al terminal positivo de la batería, recibe una carga positiva. La placa unida al terminal negativo de la batería, por otro lado, recibe una carga negativa. Las cargas quedan atrapadas dentro de las placas del capacitor como resultado de la atracción.
Condensador
El principio del condensador de placas paralelas
Sabemos que podemos cargar un plato a un nivel particular. Si proporcionamos carga adicional, el potencial crece, lo que podría resultar en una fuga de carga. Cuando colocamos otra placa junto a esta placa cargada positivamente, la carga negativa fluye hacia el lado de la placa que está más cerca de la placa cargada positivamente.
La carga negativa en la placa 2 reducirá la diferencia de potencial en la placa 1 ya que ambas placas tienen carga. La carga positiva en la placa 2, por otro lado, aumentará la diferencia de potencial en la placa 1. La carga negativa de la placa 2, por otro lado, tendrá una mayor influencia. Como resultado, la placa 1 puede recibir una carga mayor. Como la placa 2 tiene cargas negativas, la diferencia de potencial será menor. El condensador de placas paralelas funciona sobre esta base.
Dependencia de la carga almacenada en un capacitor
La diferencia de potencial entre las dos placas de un capacitor de placas paralelas es exactamente proporcional a la cantidad de carga eléctrica almacenada en cualquiera de las placas. Esta relación se puede deducir de la siguiente manera:
Q ∝ V
Por lo tanto, Q = (constante) V = CV
Dónde
- V es la diferencia de potencial entre las placas,
- Q es la cantidad de carga almacenada, y
- C es la capacitancia del capacitor.
La capacitancia del condensador de placas paralelas
La cantidad de carga que puede retener un capacitor de placas paralelas está determinada por su capacitancia. Si observa la siguiente ecuación, puede ver que cuanto mayor sea el valor de C, más carga puede retener un capacitor. Como resultado, podemos ver que la capacitancia está determinada por:
- El área A del medio entre placas &
- La distancia d entre placas.
De acuerdo con la Ley de Gauss, el campo eléctrico viene dado por:
mi = Q ⁄ ε 0 UN
La diferencia de potencial entre placas viene dada por:
V = mi re = Q re ⁄ ε 0 UN
Dado que la capacitancia se define como C = Q ⁄ V, la fórmula de la capacitancia se puede dar como:
C = ε 0 UN ⁄ re
La mayor capacitancia se obtiene cuando las placas se colocan muy juntas y el área de las placas es grande.
Material dieléctrico insertado entre dos placas
Las cargas estarán protegidas en las dos placas por el diminuto momento dipolar del material. Como resultado, se alterará el impacto de la sustancia dieléctrica puesta entre las dos placas. La permeabilidad relativa k determina la permeabilidad de un material. La capacitancia se calcula de la siguiente manera:
C = ε UN ⁄ re = k ε 0 UN ⁄ re
La capacitancia de un capacitor de placas paralelas se puede aumentar agregando un dieléctrico entre las placas con una permeabilidad k superior a 1. Constante dieléctrica es otro nombre para K.
Condensador de placas paralelas múltiples
El condensador de placas paralelas múltiples es una disposición de condensadores de placas paralelas con material dieléctrico entre ellos en grupos que encajan entre sí. La capacitancia de un capacitor con numerosas placas paralelas se puede calcular de la siguiente manera:
C = [ε 0 ε r UN ⁄ re](N – 1)
Dónde
- N es el número de placas,
- d es la distancia entre placas,
- ε r es la permitividad relativa del dieléctrico,
- ε 0 es la permitividad relativa del vacío, y
- A es el área de cada placa.
Problemas de muestra
Problema 1: Un condensador de placas paralelas se mantiene en el aire tiene un área de 0,25 m 2 y están separados entre sí por una distancia de 0,08 m. Calcule la capacitancia del capacitor de placas paralelas.
Solución:
Dado:
Área de placas, A = 0,25 m 2
Distancia entre placas, d = 0,08 m
Constante dieléctrica, k = 1
Permitividad relativa, ε 0 = 8,854 × 10 −12 F ⁄ m
La fórmula del condensador de placas paralelas se expresa por,
C = k ε 0 UN ⁄ re
= 1 × 8,854 × 10 −12 × 0,25 / 0,08
= 27,67 × 10 −12 F
Por lo tanto, la capacitancia del capacitor dado es 27.67 × 10 −12 F .
Problema 2: Determine el área del capacitor de placas paralelas en el aire si la capacitancia es de 15 nF y la separación entre las placas es de 0,02 m.
Solución:
Dado:
Capacitancia, C = 15 nF
Distancia entre placas, d = 0,02 m
Constante dieléctrica, k = 1
Permitividad relativa, ε 0 = 8,854 × 10 −12 F ⁄ m
La fórmula del condensador de placas paralelas se expresa por,
C = k ε 0 UN ⁄ re
UN = C re ⁄ k ε 0
= 0,02 × 15 × 10 −9 / 1 × 8,854 × 10 −12
≈ 34m2
Por lo tanto, el área del capacitor de placas paralelas es de 34 m 2 .
Problema 3: Derive la expresión para la capacitancia del capacitor de placas paralelas.
Solución:
Dado que el condensador está formado por placas delgadas paralelas:
Campo eléctrico por una sola placa delgada, E′ = σ ⁄ 2ε 0
Campo eléctrico total entre las placas, E = σ ⁄ 2ε 0 + σ ⁄ 2ε 0
mi = σ ⁄ ε 0
mi = Q ⁄ ε 0 A
La diferencia de potencial entre placas viene dada por:
V = mi re = Q re ⁄ ε 0 UN
La capacitancia de un capacitor se da como:
C = Q ⁄ V
Por lo tanto, la capacitancia del capacitor de placas paralelas es C = ε 0 A ⁄ d .
Problema 4: Un capacitor tiene una capacitancia de C cuando lo atraviesa una diferencia de potencial de V. La diferencia de potencial aumenta a 3V, ¿cuál es la nueva capacitancia?
Solución:
La capacitancia de un capacitor viene dada por:
C = Q ⁄ V, donde
- Q es la carga en el condensador, y
- V es la diferencia de potencial entre las placas.
La carga de los condensadores aumenta a medida que aumenta la diferencia de potencial V, por lo que la relación Q/V permanece constante, es decir, la capacitancia permanece constante. Debido a que la capacitancia depende del área de la placa, el medio entre placas y la distancia entre placas, la capacitancia será C cuando la diferencia de potencial aumente a 3V.
Por lo tanto, la nueva capacitancia del capacitor es C.
Problema 5: ¿Cómo es el campo eléctrico entre las dos placas de un capacitor de placas paralelas?
Solución:
El campo eléctrico se dirige de la placa positiva a la negativa. Los campos eléctricos generados por las dos placas cargadas se acumulan en la zona interior, entre las dos placas del condensador. Como resultado, el campo de juego es constante en todo momento.