Explicación del movimiento de las cargas cuando se carga un condensador
En la carga de un condensador hay dos cosas que no comprendo:
Una es como se produce el movimiento de cargas hasta que el condensador adquiere cargas iguales y opuestas en sus placas cuando se cierra el circuito en el que se ha colocado la fuente de alimentación.
Otra es que por qué (o cual es la razón) por la que carga del condensador termina cuando se igual la diferencia de potencial entre sus dos placas a la de la fuente de alimentación.
1 respuesta
El capacitor es undispositivo elemental que almacena energía eléctrica ( cargas) en forma CAMPO ELÉCTRICO. La fuente proveedora de tales cargas es p. ej. la batería que mencionas. El desplazamiento de las cargas no es instantáneo a través del conductor y la corriente de carga es creciente y demora un cierto tiempo, que esta íntimamente relacionado con la resistencia ohmica R del circuito. De hecho la cantidad RC que tiene unidad de tiempo - segundos- dimensiona la velocidad de carga. Habitualmente, luego de transcurridos 6 RC puede asumirse que el capacitor esta totalmente cargado...
La diferencia de Potencial entre las placas es igual a 0 en el primer momento porque el desplazamiento de cargas( corriente) es máximo al encontrarse descargadas las placas. Conforme se van acumulando las cargas la tensión va aumentando gradualmente hasta llegar un tiempo definido en que la corriente de carga cesa. Si cesa la corriente por el circuito, desaparece la caída en la R serie y el potencial entre placas iguala al de la fuente.
La corriente como función del tiempo es una exponencial decreciente desde el valor máximo inicial = V/R hasta anularse en un tiempo teóricamente infinito.
La< tension entre placas en funcion del tiempo es una exponencial creciente desde el valor 0 al inicio hasta establecerse al valor de fuente V al cabo de un tiempo teoricamente infinito.
Gracias por responder tan rápidamente.
Sigo sin comprender por qué se igualan el potencial de las placas del condensador cargado con el de la pila que ha servido para cargar dichas placas y crear el campo entre las mismas.
Saludos.
Sabrás que por el llamado " efecto capacitivo" cuando se tienen dos conductores con diferente potencial suficientemente cerca uno de otro hay una concentración local de cargas (+) y (-) sobre los conductores (+) y (-) respectivamente. El fenómeno también se conoce como inducción electrostática. Dependiendo de la resistencia ohmica de los alambres las cargas se acumularan más o menos rápido en las partes enfrentadas.
En tu circuito serie Fuente de tensión V - Resistencia R - capacitor de resistencia C .. en todo momento vale que:
Tension aplicada = Caida sobre la R + Caida sobre las placas de C.
Al cerrar el circuito, por el efecto que te dije arriba, las cargas se distribuyen y separan de acuerdo con la capacidad del condensador. Pero en el instante 0 ... toda la caída estará contenida por la Resistencia porque aun no llegaron a acumularse cargas en el condensador. Esto es consecuente con que sobre el capacitor la tensión inicial sea 0 volts. O sea que aunque sea un circuito ABIERTO Estará conduciendo la totalidad de de las cargas correspondientes a ese potencial aplicado. Por eso todo capacitor descargado se asimila inicialmente con un elemento en corto circuito... Tensión 0 ... flujo máximo de cargas.
Conforme se va cargando ( porque hay una resistencia R incluida) el flujo de cargas va disminuyendo ( y la tensión entre placas aumentando) hasta que prácticamente se anula... Cuando ocurre esto la tensión entre placas sera obviamente la aplicada o sea V.
Pensalo... no es difícil de imaginar el fenómeno... aunque su completa explicación física siempre requerira la aplicación de fórmulas y conocimientos previos sobre el Campo Electrostático.
Buenas de nuevo, y gracias nuevamente.
Entiendo que si la Tensión aplicada por la pila se reparte entre la energía absorbida por la Resistencia y el Condensador, cuando se pare el almacenamiento de cargas en las placas de este, dicho Condensador habrá “absorbido” su parte de energía procedente de la Tensión aplicada por la pila, pero no la “absorbida” por la Resistencia, con lo cual la diferencia de potencial correspondiente al campo E creado entre las placas del Condensador debería ser menor que la Tensión de la pila.
Pero aparte de esto, ¿podría entenderse que la diferencia de potencial en el Condensador cargado se debe a lo siguiente?: Como al transferir las cargas a las placas se han empleado los Julios que ha proporcionado la Tensión de la fuente, esas cargas al ponerse nuevamente en movimiento (colocándoles el conductor adecuado), generarán exactamente los julios que “costaron” el ponerlas en las placas. Cada electrón costó algunos pocos Julios al alojarse en la placa del condensador, cuando vuelvan a su sitio original todos los electrones la energía para “recolocarlos” será la misma que se empleo en “colocarlos” en las placas. Si esto fuera así, ¿de donde saldría la energía consumida por la Resistencia.?
Saludos.
Te contesto transcribiendo tu texto:
"Entiendo que si la Tensión aplicada por la pila se reparte entre la energía absorbida por la Resistencia y el Condensador, cuando se pare el almacenamiento de cargas en las placas de este, dicho Condensador habrá “absorbido” su parte de energía procedente de la Tensión aplicada por la pila, pero no la “absorbida” por la Resistencia, con lo cual la diferencia de potencial correspondiente al campo E creado entre las placas del Condensador debería ser menor que la Tensión de la pila."
Esta relación te vale siempre.
Tension aplicada = Caida sobre la R + Caida sobre las placas de C.
El tema pasa porque estamos considerando dos estados distintos. Uno Transitorio- p-flujo de cargas desde el generador hacia el capacitor a través de la R - y el otro permanente - capacitor cargado. Durante el estado transitorio circula el flujo eléctrico. Luego habrá caída sobre R ... Cuando transcurrió un tiempo definido el flujo de cargas se detuvo... La caída de tensión sobre R será nula y toda la tensión de la batería la tendrás sobre C... Simplemente es eso.
"Pero aparte de esto, ¿podría entenderse que la diferencia de potencial en el Condensador cargado se debe a lo siguiente?: Como al transferir las cargas a las placas se han empleado los Julios que ha proporcionado la Tensión de la fuente, esas cargas al ponerse nuevamente en movimiento (colocándoles el conductor adecuado), generarán exactamente los julios que “costaron” el ponerlas en las placas. Cada electrón costó algunos pocos Julios al alojarse en la placa del condensador, cuando vuelvan a su sitio original todos los electrones la energía para “recolocarlos” será la misma que se empleo en “colocarlos” en las placas. Si esto fuera así, ¿de donde saldría la energía consumida por la Resistencia.?"
El tema de la Energía electrostática involucra otros aspectos. Al fuir cargas por el circuito que presentas V – R – C habrá una perdida disipativa ( calor) en la Resistencia. O sea que la Energía que cede la batreria será necesariamente mayor que la energía almacenada en el capacitor.
Todo el trabajo realizado sobre las cargas para moverlas desde una placa a la otra, debería aparecer como energía finalmente almacenada en el condensador. Esto solo ocurriría si el circuito no tuviese resistencia óhmica alguna. O sea se trata de un caso limite ideal.
Se demuestra que la mitad de la energía suministrada ( Joules) por la batería durante la carga del capacitor, se transforma en calor en la resistencia R del circuito, durante el proceso de carga, y por supuesto se pierde.
Te recuerdo que las respuestas útiles siempre deben ser califficadas. Es nuestro único estimulo para seguir atendiéndolos en esta actividad totalmente voluntaria.
