Componentes Fundamentales de la Electrónica: El Condensador y sus Aplicaciones

El Condensador: Almacenamiento de Energía Eléctrica

Definición y Estructura Básica

Un condensador (o capacitor) es un dispositivo pasivo, fundamental en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.

• Estructura: Está formado por dos placas metálicas conductoras separadas por una lámina o material aislante denominado dieléctrico.

Capacitancia y Unidades de Medida

La capacitancia ($C$) es la medida de la capacidad del condensador para almacenar carga eléctrica ($Q$) a una diferencia de potencial ($V$). La relación fundamental es: $C = Q/V$.

Factores que Determinan la Capacitancia

La capacitancia depende de:

1. El área de las placas.
2. La distancia entre las placas.
3. El material dieléctrico utilizado.

Unidades de Medida de la Capacitancia

La unidad del Sistema Internacional (SI) para la capacitancia es el Faradio (F), en honor al físico inglés del siglo XIX, Michael Faraday.

• Microfaradio ($\mu$F) = $10^{-6}$ F
• Nanofaradio (nF) = $10^{-9}$ F
• Picofaradio (pF) = $10^{-12}$ F

Coeficiente de Temperatura

El coeficiente de temperatura describe la relación entre la temperatura y la capacidad del condensador. Generalmente, a mayor temperatura, menor capacidad.

Formas Geométricas de Condensadores

La capacitancia varía según la geometría del componente:

• Placas Planas Paralelas: $C = \frac{\epsilon_0 A}{d}$ (donde $A$ es el área y $d$ es la distancia).
• Cilíndrico: $C = \frac{2\pi\epsilon_0 L}{\ln (R_2/R_1)}$
• Esférico: $C = \frac{4\pi\epsilon_0 R_1 R_2}{R_2 – R_1}$

Los condensadores se encuentran comúnmente en dispositivos como computadoras, televisores y calculadoras.

Historia Breve del Condensador

El primer dispositivo de almacenamiento de carga fue la Botella de Leyden (siglo XVIII). Benjamin Franklin mejoró este diseño reemplazando la botella por vidrios.

Tipos de Condensadores Fijos y Variables

Condensadores Fijos Comunes

Existen diversos tipos clasificados según su material dieléctrico y construcción:

• De Mica: Destacan por su capacidad para soportar altas tensiones.
• De Papel: Se construyen enrollando láminas; el dieléctrico es papel parafinado.
• Electrolíticos: Utilizan un electrolito que actúa como cátodo, con el dieléctrico formado por papel impregnado en dicho electrolito.
• De Poliéster o Mylar: Formados por láminas delgadas de poliéster.
• Cerámicos
• De Papel Metalizado

Condensadores Variables y Ajustables

Además de los fijos, existen condensadores variables y ajustables, esenciales para sintonizar circuitos (como en radios).

Contribución de Robert Millikan

Biografía y Reconocimiento

Robert Andrés Millikan (nacido el 22 de marzo de 1868 en Morrison, Illinois, EE. UU.) fue un físico destacado.

Ganó el Premio Nobel de Física en 1923 por su experimento fundamental para determinar el valor de la carga del electrón y por sus estudios sobre el efecto fotoeléctrico. Falleció el 19 de diciembre de 1953.

Experimento de Determinación de la Carga del Electrón

Robert Millikan diseñó un montaje experimental para medir la carga elemental ($e$).

Principios Físicos Aplicados

El experimento se basa en el equilibrio de fuerzas sobre una pequeña partícula cargada suspendida entre dos placas cargadas:

La velocidad de la partícula aumenta hasta que la fuerza de viscosidad es suficientemente grande como para contrarrestar la fuerza gravitatoria (Peso, $P$). En el punto de equilibrio, la suma de fuerzas es cero:

$$\vec{F}_e + \vec{P} = 0$$

Donde $\vec{F}_e$ representa la fuerza eléctrica aplicada.