Transcripción

El flujo de electrones en un circuito de corriente alterna se ve afectado no solamente por la resistencia, sino también por la capacitancia y la inductancia. A lo largo de esta lección, analizaremos estos dos conceptos. 

Un capacitor, también llamado condensador, es un componente electrónico que se encarga de almacenar energía en un campo eléctrico (Figura 10.39). Los capacitores son utilizados en la construcción de filtros pasa altos, pasa bajos, de banda, entre otros; debido a que permiten el flujo de corriente alterna, dependiendo de su frecuencia.

Figura 10.39: Capacitor común

La utilización de filtros que atenúen frecuencias es vital para la definición de los instrumentos en una mezcla. Escuchemos un ejemplo de una mezcla sin procesamiento con capacitores y luego con el procesamiento aplicado.

Audio 10.13

Audio 10.14

La construcción básica de un capacitor consiste en dos placas metálicas separadas entre sí por un material no conductor llamado dieléctrico (Figura 10.40). El dieléctrico es un aislante que permite la formación de un campo eléctrico dentro de sí mismo, al ser sometido a un campo eléctrico externo.

Figura 10.40: Diagrama de un capacitor

Un campo eléctrico se genera al haber dos cargas opuestas separadas entre sí. Podemos visualizar el campo eléctrico de manera similar a un campo magnético. Un experimento sencillo para observar la acción de un campo magnético es rociar polvo de metal sobre una hoja de papel. Se coloca un imán debajo y luego se hace vibrar la hoja. El polvo se ordenará según las líneas del campo magnético. En un campo eléctrico sucede lo mismo, pero en lugar de fuerzas magnéticas y partículas de metal, las que actúan son fuerzas eléctricas sobre partículas cargadas. Un campo eléctrico es a la carga, lo que la gravedad es a la masa.

Consideremos un capacitor conectado en un circuito que contiene una batería y un bombillo (Figura 10.41)

Figura 10.41: Conexión básica de un capacitor

Las reacciones químicas dentro de la batería liberan electrones en su terminal negativo, los cuales fluyen a través del bombillo, llegando a uno de los terminales del capacitor. A la vez, el otro terminal pierde electrones que son atraídos por el terminal positivo de la batería, completando el circuito e iluminando el bombillo.

A medida que el capacitor se acerca a su capacidad máxima, el bombillo brillará cada vez menos, hasta quedar totalmente apagado cuando el capacitor alcance su carga máxima. Esto se debe a que en este punto, el capacitor tendrá el mismo voltaje que la batería. Por lo tanto, no hay una diferencia de potencial entre los extremos del circuito, por lo que no habrá corriente.

Ahora, retiramos la batería y la reemplazamos por material conductor (Figura 10.42).

Figura 10.42: Conexión de un capacitor luego de haber sido cargado

Nuevamente hay una diferencia de potencial entre dos puntos del circuito, pues la placa del capacitor cargada de electrones se conectó a la placa despojada de electrones. Por consiguiente, la corriente volverá a fluir, pero esta vez en el sentido contrario. Esto se debe a que el terminal del capacitor que antes recibía los electrones, ahora los emite. El bombillo se iluminará y dejará de brillar en la medida que el capacitor se descarga.

La capacidad de un capacitor de almacenar energía se llama capacitancia y se mide en la unidad farad. Un capacitor con una capacitancia de 1 farad es capaz de almacenar una carga de 1 coulomb a 1 voltio. Un coulomb equivale a un amperio por segundo. Por lo tanto, un capacitor de 1 farad es capaz de suplir una corriente de 1 amperio durante un segundo, a un voltaje de 1 voltio.

Figura 10.43: La unidad Farad

Podemos calcular la capacitancia de un condensador utilizando la siguiente fórmula,

Figura 10.44: Fórmula de la Capacitancia

C es la capacitancia en farads     

k es la constante dieléctrica del material aislante             

ε0 es una constante equivalente a 8.854 x 10-12 farads sobre metro        

A es el área de las placas en metros cuadrados 

d es la distancia que separa las placas en metros.

La constante dieléctrica, conocida también como “permitividad relativa”, expresa la cantidad de energía que un material puede almacenar en una determinada cantidad de volumen, para un voltaje específico. A continuación se muestran las permitividades relativas de distintos materiales (Tabla 10.1).

Tabla 10.1: Permitividades relativas de distintos materiales

Para encontrar la capacitancia total de capacitores conectados en serie, sometidos a corriente alterna, utilizamos la siguiente fórmula:

Figura 10.45: Capacitancia total en serie

En una conexión en serie, la capacitancia total será siempre menor a la del capacitor más pequeño.

Para conexiones en paralelo bajo corriente alterna utilizamos la fórmula:

Figura 10.46: Capacitancia total en paralelo

En una conexión en paralelo, la capacitancia total siempre será mayor a la del capacitor más grande.

Existen distintos tipos de capacitores: los capacitores fijos, polarizados y variables (Figura 10.47). Los capacitores utilizados en los ejemplos con los bombillos son capacitores fijos. Los capacitores fijos pueden trabajar con corriente directa o alterna.

Figura 10.47: Símbolos de los distintos tipos de capacitores

Los capacitores polarizados son especialmente diseñados para voltajes fluctuantes de corriente directa. Una de las placas de estos capacitores es conectada a un potencial eléctrico positivo, mientras que la otras es conectada a un potencial negativo.

Finalmente, los capacitores variables cuentan con una perilla que permite modificar su capacitancia.

Los micrófonos de condensador utilizan un capacitor para generar la corriente eléctrica de salida (Figura 10.48). Una de las placas del condensador se mueve de acuerdo a la fuerza ejercida por la onda acústica. Al variar la distancia que separa las placas, variará la capacitancia del condensador (Figura 10.44). Este cambio en el circuito genera una corriente eléctrica.

Figura 10.48: Cápsula de un micrófono de condensador

Nótese que las placas del condensador deben estar cargadas eléctricamente para que el micrófono funcione, pues utilizan un capacitor polarizado. Esto explica la necesidad de los micrófonos de condensador de recibir un voltaje adicional llamado phantom power, proveniente del preamplificador al que están conectados.