Capacidad
Q = C · U
| Magnitud | Símbolo | Unidad |
|---|---|---|
| Carga | Q | C |
| Capacidad | C | F |
| Tensión | U | V |
Elec Class
aprender electricidad manipulando
Ficha del curso · capítulo 9 de 15
Un condensador almacena cargas eléctricas: con una tensión U, acumula una carga Q = C × U, donde C es su capacidad en faradios. Si se carga a través de una resistencia R, está lleno al cabo de unos 5 × R × C segundos.
El resultado se calcula ante tus ojos, línea por línea, como en la pizarra.
1Busco
2Doy los valores conocidos
Fórmula utilizada Q = C · U
3El resultado
Carga Q5,64 mC
Un condensador de 470 µF cargado con 12 V almacena una carga de 5,64 mC.
La definición, lo esencial que hay que recordar y ejemplos de todos los días.
Un condensador está formado por dos armaduras conductoras separadas por un aislante. A una tensión U almacena una carga Q = C·U; C es su capacidad, en faradios (en la práctica µF, nF, pF). Almacena la energía W = ½ C U².
En paralelo las capacidades se suman; en serie se suman los inversos. Cargado a través de una resistencia, alcanza el 63 % de su tensión final tras τ = R·C y ≈ 100 % tras 5τ; en continua establecida no deja pasar corriente.
Un condensador se parece a un depósito que se llena con una manguera. Cuanto más ancho es el depósito (gran capacidad C), más agua contiene para una misma altura (la tensión U): es Q = C × U. Una manguera fina (gran resistencia R) hace más lento el llenado: es la constante de tiempo τ = R × C. Límite: ninguna carga atraviesa el aislante; lo que llega a una armadura sale de la otra, y el condensador sigue siendo neutro en conjunto.
| Magnitud | Símbolo | Unidad |
|---|---|---|
| Carga | Q | C |
| Capacidad | C | F |
| Tensión | U | V |
| Magnitud | Símbolo | Unidad |
|---|---|---|
| Energía | W | J |
| Magnitud | Símbolo | Unidad |
|---|---|---|
| Capacidad equivalente | Céq | F |
| Magnitud | Símbolo | Unidad |
|---|---|---|
| Constante de tiempo | τ | s |
| Resistencia | R | Ω |
| Capacidad | C | F |
Marcado de 3 cifras: dos cifras y número de ceros, en pF (104 = 100 000 pF = 100 nF).
Cuatro pasos para resolver bien un ejercicio y, después, un ejemplo corregido línea por línea.
µF = 10⁻⁶ F, nF = 10⁻⁹ F, pF = 10⁻¹² F; y kΩ a Ω para la constante de tiempo.
Sustituye cada agrupación por su capacidad equivalente: en paralelo se suman, en serie se suman las inversas.
Q = C × U para la carga, W = ½ × C × U² para la energía, τ = R × C para el tiempo de carga.
En electrónica, Q se cuenta en µC o en mC y τ en ms o en s: un resultado en kiloculombios delata una potencia de 10 olvidada.
Un condensador de 100 µF se carga a 12 V. ¿Qué carga y qué energía almacena? Se carga a través de R = 10 kΩ: ¿constante de tiempo y duración de la carga? Dos condensadores así en serie: ¿capacidad equivalente?
Q = C · U = 100 × 10⁻⁶ × 12 = 1,2 × 10⁻³ C = 1,2 mC.
W = ½ · C · U² = 0,5 × 100 × 10⁻⁶ × 144 = 7,2 mJ.
τ = R · C = 10⁴ × 10⁻⁴ = 1 s: 63 % de 12 V (7,6 V) tras 1 s, carga completa (99 %) tras 5τ = 5 s.
En serie: 1/Ceq = 1/100 + 1/100, Ceq = 50 µF.
Se multiplica su capacidad por la tensión: Q = C × U. Un condensador de 470 µF a 12 V almacena Q = 470 × 10⁻⁶ × 12 ≈ 5,6 × 10⁻³ C, es decir, 5,6 mC.
Es la capacidad de un condensador que almacena 1 culombio con 1 voltio. Es una unidad enorme: los condensadores habituales van del picofaradio (10⁻¹² F) a unos miles de microfaradios; solo los supercondensadores llegan a varios faradios.
La tensión (por ejemplo 25 V) es el máximo que no hay que superar. La franja marca la patilla −: un condensador electrolítico tiene polaridad y, conectado al revés, se calienta y puede hincharse o estallar.
Unos 5 × R × C a través de una resistencia R: en cada constante de tiempo, su tensión se multiplica por 0,37 aproximadamente. Un condensador de 1 000 µF con 10 kΩ tiene τ = 10 s: está prácticamente vacío al cabo de 50 s.
Porque conserva su carga mientras no encuentre un camino para descargarse. Los de una fuente de alimentación o un microondas pueden seguir cargados a una tensión peligrosa después de cortar la corriente: se descargan a través de una resistencia antes de intervenir.
El condensador almacena la energía en forma eléctrica y puede devolverla en una fracción de segundo; la pila la almacena en forma química, en cantidad mucho mayor. 1 000 µF a 12 V contienen 0,072 J; una pila AA, unos 10 000 J.
La tensión sube según u = U (1 − e^(−t/τ)): en t = τ, 1 − 1/e ≈ 0,63. A 3τ se está al 95 %, a 5τ a más del 99 %: se considera terminada la carga.
Para almacenar energía y devolverla (flash, memoria intermedia), alisar una tensión rectificada, temporizar (circuito RC). En régimen permanente no consume nada.
Del más sencillo al más completo, cada ejercicio tiene su solución paso a paso.
Cargar un condensador de 1 000 µF a 9 V a través de 10 kΩ (τ = 10 s), anotar su tensión con el voltímetro cada 5 segundos y trazar la curva: a los 10 s se leen unos 5,7 V (63 %).
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