Condensadores Vs. Resistencias

Los condensadores no se comportan igual que las resistencias. Mientras que las resistencias permiten un flujo de electrones a través de ellas directamente proporcional a la caída de voltaje, los condensadores se oponen a los cambios de voltaje extrayendo o suministrando corriente a medida que se cargan o descargan al nuevo nivel de voltaje.

El flujo de electrones «a través» de un condensador es directamente proporcional a la velocidad de cambio de voltaje a través del condensador. Esta oposición al cambio de voltaje es otra forma de reactancia, pero es precisamente opuesta al tipo exhibido por los inductores.

Características del circuito del condensador

Expresada matemáticamente, la relación entre la corriente «a través»del condensador y la velocidad de cambio de voltaje a través del condensador es como tal:

La expresión de/dt es una del cálculo, lo que significa la velocidad de cambio de voltaje instantáneo (e) a lo largo del tiempo, en voltios por segundo. La capacitancia (C) está en Farads, y la corriente instantánea (i), por supuesto, está en amperios.

A veces encontrará la tasa de cambio de voltaje instantáneo a lo largo del tiempo expresada como dv/dt en lugar de de/dt: usando la letra minúscula «v» en su lugar o «e» para representar el voltaje, pero significa exactamente lo mismo. Para mostrar lo que sucede con la corriente alterna, analicemos un circuito de condensador simple:

Circuito capacitivo puro: El voltaje del condensador retrasa la corriente del condensador en 90 °

Si tuviéramos que trazar la corriente y el voltaje para este circuito muy simple, se vería algo como esto:

Formas de onda de circuito capacitivo puro.

Recuerde, la corriente a través de un condensador es una reacción contra el cambio de voltaje a través de él.

Por lo tanto, la corriente instantánea es cero cuando el voltaje instantáneo está en un pico (cambio cero, o pendiente de nivel, en la onda sinusoidal de voltaje), y la corriente instantánea está en un pico donde el voltaje instantáneo está en el cambio máximo (los puntos de mayor pendiente en la onda de voltaje, donde cruza la línea cero).

Esto da como resultado una onda de voltaje que está -90° fuera de fase con la onda actual. Mirando el gráfico, la onda de corriente parece tener una «ventaja» en la onda de voltaje; la corriente » conduce «el voltaje y el voltaje» se queda » detrás de la corriente.

El voltaje retrasa la corriente en 90° en un circuito capacitivo puro.

Como habrás adivinado, la misma onda de potencia inusual que vimos con el circuito inductor simple también está presente en el circuito condensador simple:

En un circuito capacitivo puro, la potencia instantánea puede ser positiva o negativa.

Al igual que con el circuito inductor simple, el cambio de fase de 90 grados entre voltaje y corriente da como resultado una onda de potencia que se alterna por igual entre positivo y negativo. Esto significa que un condensador no disipa la potencia ya que reacciona contra los cambios de voltaje; simplemente absorbe y libera energía, alternativamente.

La Reactancia de un condensador

La oposición de un condensador al cambio de voltaje se traduce en una oposición al voltaje alterno en general, que por definición siempre cambia en magnitud y dirección instantáneas.

Para cualquier magnitud dada de voltaje de CA a una frecuencia dada, un condensador de un tamaño dado «conducirá» una cierta magnitud de corriente de CA.

Así como la corriente a través de una resistencia es una función de la tensión a través de la resistencia y la resistencia ofrecida por la resistencia, la corriente de CA a través de un condensador es una función de la tensión de CA a través de él, y la reactancia ofrecida por el condensador.

Al igual que con los inductores, la reactancia de un condensador se expresa en ohmios y se simboliza con la letra X (o XC para ser más específico).

Dado que los condensadores «conducen» la corriente en proporción a la tasa de cambio de voltaje, pasarán más corriente para voltajes de cambio más rápido (ya que se cargan y descargan a los mismos picos de voltaje en menos tiempo), y menos corriente para voltajes de cambio más lento.

Lo que esto significa es que la reactancia en ohmios para cualquier condensador es inversamente proporcional a la frecuencia de la corriente alterna.

Reactancia de un condensador de 100 uF:

por Favor, tenga en cuenta que la relación de la reactancia capacitiva de la frecuencia, es exactamente lo contrario de la de la reactancia inductiva.

La reactancia capacitiva (en ohmios) disminuye con el aumento de la frecuencia de CA. Por el contrario, la reactancia inductiva (en ohmios) aumenta con el aumento de la frecuencia de CA. Los inductores se oponen a las corrientes cambiantes más rápidas al producir mayores caídas de voltaje; los condensadores se oponen a las caídas de voltaje cambiantes más rápidas al permitir mayores corrientes.

Al igual que con los inductores, el término 2nf de la ecuación de reactancia puede ser reemplazado por la letra griega en minúsculas Omega (ω), que se conoce como la velocidad angular del circuito de CA. Por lo tanto, la ecuación XC = 1/(2nfC) también podría escribirse como XC = 1/(wC), con ω en unidades de radianes por segundo.

La corriente alterna en un circuito capacitivo simple es igual al voltaje (en voltios) dividido por la reactancia capacitiva (en ohmios), al igual que la corriente alterna o continua en un circuito resistivo simple es igual al voltaje (en voltios) dividido por la resistencia (en ohmios). El siguiente circuito ilustra esta relación matemática por ejemplo:

Reactancia capacitiva.

sin Embargo, debemos tener en cuenta que el voltaje y la corriente no están en fase. Como se mostró anteriormente, la corriente tiene un desplazamiento de fase de +90° con respecto a la tensión. Si representamos estos ángulos de fase de voltaje y corriente matemáticamente, podemos calcular el ángulo de fase de la oposición reactiva del condensador a la corriente.

El voltaje retrasa la corriente en 90° en un condensador.

Matemáticamente, decimos que el ángulo de fase de la oposición de un condensador a la corriente es de -90°, lo que significa que la oposición de un condensador a la corriente es una cantidad imaginaria negativa. (Véase la figura anterior.) Este ángulo de fase de oposición reactiva a la corriente se vuelve críticamente importante en el análisis de circuitos, especialmente para circuitos de CA complejos donde la reactancia y la resistencia interactúan.

Resultará beneficioso representar la oposición de cualquier componente a la corriente en términos de números complejos, y no solo cantidades escalares de resistencia y reactancia.

REVISIÓN:

• La reactancia capacitiva es la oposición que un condensador ofrece a la corriente alterna debido a su almacenamiento de fase desplazada y liberación de energía en su campo eléctrico. La reactancia está simbolizada por la letra mayúscula «X» y se mide en ohmios al igual que la resistencia (R).
• La reactancia capacitiva se puede calcular usando esta fórmula: XC = 1/(2nfC)
• La reactancia capacitiva disminuye con frecuencia creciente. En otras palabras, cuanto mayor sea la frecuencia, menos se opone (más «conduce») la corriente CA.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de condensadores