Fundamentos de Capacitores y Dieléctricos: Principios y Aplicaciones

Capacitores y Capacitancia

Dos conductores separados por un aislante o vacío constituyen un capacitor.

Una manera muy común de cargar un capacitor es conectando estos dos alambres a los terminales opuestos de una batería; una vez establecidas las cargas Q y -Q en los conductores, se desconecta la batería.

Cuanto mayor es la capacitancia de un capacitor, mayor será la magnitud Q de la carga en el conductor para una diferencia de potencial dada Vab y, por lo tanto, mayor será la energía almacenada.

Capacitores con vacío

La forma más sencilla de un capacitor consiste en dos placas conductoras paralelas, cada una con un área A, separadas por una distancia d. La fórmula fundamental es:

C = Q / V = ε₀ * A / d

La capacitancia solo depende de la geometría del capacitor: es directamente proporcional al área A de cada placa e inversamente proporcional a su separación d.

Dieléctricos

La mayoría de los capacitores tienen un material no conductor o dieléctrico entre sus placas conductoras. La colocación de un dieléctrico sólido entre las placas de un capacitor cumple tres funciones principales:

• Soporte mecánico: Resuelve el problema de mantener dos hojas metálicas grandes con una separación pequeña sin que hagan contacto.
• Incremento de potencial: Permite aumentar la diferencia de potencial máxima entre las placas, facilitando el almacenamiento de mayores cantidades de carga y energía.
• Optimización de capacitancia: La capacitancia de un capacitor de dimensiones dadas es mayor cuando existe un material dieléctrico en lugar de vacío.

Carga inducida y polarización

Cuando se inserta un material dieléctrico entre las placas de un capacitor manteniendo la carga constante, la diferencia de potencial entre ellas disminuye en un factor K:

E = E₀ / K

Como la magnitud del campo eléctrico es menor cuando el dieléctrico está presente, la densidad superficial de carga (que crea el campo) también debe ser menor.

Las cargas superficiales inducidas surgen como resultado de la redistribución de la carga positiva y negativa dentro del material dieléctrico; este fenómeno se denomina polarización.