Capacidad eléctrica

Un cuerpo cargado está a un determinado potencial con respecto al potencial de referencia cero. Y, es la capacidad eléctrica, el concepto que proporciona la relación existente entre la carga y el potencial, tal como revela el siguiente símil.

Supongamos tres recipientes graduados, de distinto tamaño y forma, en los que se ha echado agua hasta alcanzar el mismo nivel en todos ellos.

Los tres recipientes presentan el mismo nivel de agua (A), aunque ninguno de ellos posee la misma cantidad. Si a continuación se echa de nuevo agua en los tres recipientes hasta alcanzar un nivel B, se observará que la cantidad de agua aportada a cada uno de ellos es diferente. Ello se debe a que los recipientes tienen distinta capacidad aunque presenten el mismo nivel de agua.

Capacidad eléctrica

Capacidad eléctrica

En definitiva, para ascender un valor de la escala graduada es preciso aportar distinta cantidad de agua según se trate de uno u otro recipiente. Si se conviene en denominar potencial a la escala o nivel de agua y carga a la cantidad de agua vertida en cada uno de los recipientes, cabe concluir que la capacidad depende de la cantidad de carga que un cuerpo es capaz de almacenar para un mismo potencial (nivel).

La capacidad eléctrica depende de la forma y del tamaño del componente capacitivo, al igual que en el símil propuesto la capacidad de cada una de las tres vasijas depende del tamaño y de la forma de cada una de ellas.

Ejemplo capacidad eléctrica con tres recipientes

Ejemplo capacidad eléctrica con tres recipientes

Capacidad de un conductor aislado

Se define como la cantidad de carga que el conductor almacena por unidad de potencial:
C = Q/U
Donde:
C = capacidad eléctrica en Faradios.
Q = carga en Culombios.
U = potencial en Voltios.

Cantidad de Carga

Cantidad de Carga


Atendiendo a la siguiente figura, la cual representa la sección de un conductor cargado con una carga Q concentrada en su centro O, el valor del potencial en su superficie será:
V = (1/4Pe) (Q/R)
Y, por lo tanto, la capacidad será:
C = Q/((1/4pe) (Q/R))
Lo que equivale a la expresión siguiente:
C = 4Pe · R
Siendo:
C = capacidad en Faradios.
R = radio de la sección del conductor en metros.
e = permisividad del medio.

Dicha ecuación revela que la capacidad de un conductor sólo depende de la forma del mismo y de la permisividad del medio.

Unidades de capacidad eléctrica

La unidad utilizada para medir la capacidad eléctrica es el Faradio, cuya equivalencia es la que sigue:
1 Faradio = 1 Culombio / 1 Voltio
Un Faradio mide la capacidad que posee un conductor que necesita una carga de un Culombio para elevar un Voltio al potencial.
En la práctica esta unidad es demasiado grande, por lo que se utilizan submúltiplos de la misma:
– Milifaradio: milésima parte del Faradio.
1 mF = 10-3 F
– Microfaradio: millonésima parte del Faradio.
1 μF =10-6 F
– Nanofaradio: mil millonésima parte del Faradio.
1 nF = 10-9 F
– Picofaradio: billonésima parte del Faradio.
1 pF = 10-12 F

Influencia capacitiva entre conductores cargados

Hasta ahora se han considerado las capacidades de los cuerpos cargados independientemente de la proximidad de otros. No obstante, la condición de aislamiento no es la habitual; de ahí que sea importante estudiar la influencia que ejerce un cuerpo cargado, situado en las proximidades de otro, a la hora de analizar la capacidad del segundo.

Supongamos una esfera de radio R1 (A), con una carga positiva Q+, y que posee potencial V1 con respecto al centro de la esfera. Inicialmente:
V1 = (1/4Pe) · (Q/R1)
CA1 = 4Pe · R1

Influencia del conductor B sobre la capacidad del conductor A

Influencia del conductor B sobre la capacidad del conductor A


A continuación se introduce la esfera en un conductor hueco (B), también de forma esférica y en estado de carga neutro.
Por influencia electrostática, la carga Q1 del conductor A se inducirá en el conductor B, situado en sus proximidades, creando unos potenciales en éste que alterarán el potencial del conductor A. El nuevo potencial en el conductor A será:
V1 = 1/4Pe ((Q/R1) – (Q/R2) – (Q/R3))
– El nuevo potencial ha disminuido con respecto al que poseía la esfera A en estado aislado.
– Por contra, la capacidad de dicha esfera ha aumentado al aproximarle un conductor neutro B.
La conclusión a extraer es que, en las nuevas condiciones, es posible almacenar la misma cantidad de carga con una reducción del potencial.
En definitiva, la capacidad de un conductor depende de su tamaño y de su forma, así como de la influencia producida por los conductores que le rodean.

Una respuesta
  1. 27/10/2013

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *