TEMA 2. CONDENSADORES

TEMA 2. CONDENSADORES
Un condensador es un dispositivo capaz de almacenar cargas para disponer de ellas cuando las
circunstancias lo precisen. El fundamento del condensador se basa en la capacidad de almacenamiento
de carga de los conductores. Iniciaremos el tema estudiando cómo puede almacenar carga un
conductor. Después veremos la forma de asociar conductores para formar un condensador,
incrementando la capacidad de almacenamiento de carga. Por último veremos formas de asociar
varios condensadores.
1. Conductor cargado. Concepto de capacidad
A.1 Suponed una esfera metálica aislada a la que aportamos cada vez más carga. Decid que tipo de
relación cabe esperar entre la carga que adquiriere y el potencial a que se encuentra.
A.2 ¿Se puede prologar indefinidamente el proceso descrito en la actividad anterior? Definición de
capacidad de un conductor.
A.3 Una esfera conductora tiene una capacidad de 20pF. a) Decid el potencial que adquiere al cargarse
con 10-8 C. b) Si en otras condiciones su potencial es de 800V, ¿cuál es su carga?
2. Asociación de conductores para incrementar su capacidad. Condensadores
Para acumular de forma más eficiente carga eléctrica se usan dos conductores asociados y se cargan
con cargas de signos opuestos.
A.4 En la figura adjunta se representan dos conductores cargados con cargas de
signo opuesto. a) Dibujad las líneas del campo eléctrico entre ellos. b) Explicad por
qué se puede acumular más carga en esta asociación de conductores de la que se
podría acumular en un solo conductor.
Con objeto de aumentar al máximo la capacidad de los conductores que forman un condensador
interesa aumentar la influencia mutua entre ellos.
A.5 ¿Cómo puede hacer mayor la influencia mutua de dos conductores cargados? Sugerid ideas
teniendo en cuenta que se puede variar la forma y la posición de los mismos.
A.6 Considerad un condensador plano: a) Haced un dibujo del mismo y de las líneas del campo
eléctrico que produce. b) Plantead hipótesis sobre los factores que influyen en su capacidad.
A.7 Se quiere construir un condensador plano de armaduras cuadradas separadas 1mm y de 1 Faradio
de capacidad. Hallad la longitud del lado del cuadrado.
A.8 (Selectividad, 2011) Un condensador plano de 1μF se conecta a una diferencia de potencial de
200V. ¿Cuánto vale la carga del condensador? Si redujésemos la distancia entre las armaduras a la
mitad, ¿aumentaría la capacidad?, ¿y la carga? Justificad las respuestas
A.9 (Selectividad, 2007) En el interior de un condensador plano se encuentra un material dieléctrico de
permitividad ε. La capacidad C ¿es mayor o menor que en el caso en que el espacio entre las placas
esté vacío?
A.10 Explicación de los conceptos de perforación o rotura de un condensador y de rigidez dieléctrica.
A.11 Expresión de la energía eléctrica almacenada en un condensador cargado.
A.12 Un condensador está formado por dos láminas separadas por aire ( es prácticamente igual a la
del vacío). Al conectarlo a 200V adquiere una carga de 10-3C. a) Dad su capacidad. b) Si se desconecta e
introduce en un dieléctrico de constante relativa 5, ¿cuál será su nuevo potencial? ¿Y la carga? c) Si
ahora se vuelve a conectar a la fuente de 200V ¿cuál será la nueva carga?
A.13 Dado el esquema de la figura, calculad la
carga de cada uno de los condensadores, en el
estado estacionario.
Datos: R1=40Ω; R2=30Ω; R3= 20Ω; R4=10Ω; C1=3µF;
C2=2µF; C3=1.5µF
3. Procesos de carga y descarga del condensador
A.14 (Selectividad, 2006, 2009) Proceso de carga de un condensador. Representación de la gráfica de
la evolución de la carga cuando se conecta a un generador a través de una resistencia R (animación del
Departamento de Física y Química sobre este proceso). Deducción de la ley correspondiente.
A.15 Proceso de descarga de un condensador. Representación de la gráfica de la evolución de la carga
en dicho proceso (animación del Departamento de Física y Química). Deducción de la ley
correspondiente.
A.16 (Selectividad, 2004) En un circuito formado por una resistencia R y un condensador de capacidad
C conectados en serie, ¿qué se entiende por constante de tiempo del circuito?
A.17 (Selectividad, 2005) ¿Puede variar instantáneamente la tensión de un condensador de 0 a 20V?
¿Por qué?
3. Asociación de condensadores
A menudo interesa utilizar varios condensadores asociados, ya sea para que acumulen mayor carga o
para que el conjunto pueda soportar una mayor diferencia de potencial entre sus extremos (sin peligro
de perforarse) Cuando se asocian varios condensadores el conjunto se comporta como si fuese uno
solo y la capacidad resultante se llama capacidad equivalente.
A.18 (Selectividad, 1994, 1999, 2004) Deducción de la capacidad equivalente de varios condensadores
asociados en serie, conectados a una diferencia de potencial V. (Es decir, la capacidad de un solo
condensador que conectado a esa misma diferencia de potencial acumule la misma carga)
A.19 (Selectividad, 1995, 2003) Deducción de la capacidad equivalente de varios condensadores en
paralelo.
A.20 Disponemos de una caja de condensadores todos de 10F. ¿Cuántos utilizaremos y cómo los
hemos de conectar para conseguir una capacidad equivalente de 25F?
A.21 Un condensador variable de aire consta de 9 placas semicirculares de aluminio de 8cm de
diámetro ¿Cuál es su capacidad máxima si el espesor del aire entre placas es 0.5mm?
A.22 (Selectividad, 1999) Sean dos condensadores planos de superficie de pacas S, separadas una
distancia d y construidos con material dieléctrico de distinta constante, A para el condensador A y B
para el condensador B. Se asocian en serie y se conectan a un generador de tensión constante U. Si A
es mayor que B, ¿en qué condensador habrá más tensión? Razona la respuesta en función de la
relación entre carga almacenada, tensión y capacidad de cada condensador y del conjunto.
A.23 Un condensador de 2F se carga a 100V y se conecta en paralelo a otro de 4F cargado a 200V.
Calculad: a) La carga de cada condensador después de la unión. b) La tensión de cada condensador. c)
La energía total almacenada.
A.24 Un condensador de 100pF se carga a 50V, después de lo cual se separa de la batería y se conecta
en paralelo con otro condensador inicialmente descargado, midiéndose entonces 20V de diferencia de
potencial entre las armaduras de ambos. ¿Cuál es la capacidad de ese segundo condensador?
A.25 (Selectividad, 2011) Calculad la
capacidad equivalente, Ceq