4to Electronica 3 - Tecnología de componentes: junio 2011

jueves, 9 de junio de 2011

T.P. Numero 2 - Respuesta 3:

En electromagnetismo y electrónica, la capacidad o capacitancia eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacitancia también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente ecuación:

${C} = {Q \over V}$

donde:

$C\,$ es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.
$Q\,$ es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
$V\,$ es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.

Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometría del condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.
En la práctica, la dinámica eléctrica del condensador se expresa gracias a la siguiente ecuación diferencial, que se obtiene derivando respecto al tiempo la ecuación anterior.

${i} = \frac {dQ}{dt} = {C} \frac {dV}{dt}$

Donde i representa la corriente eléctrica, medida en amperios.

T.P. Numero 2 - Respuesta 1:

La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, éstas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.
La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los condensadores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en micro- µF = 10^-6, nano- nF = 10^-9 o pico- pF = 10^-12 -faradios. Los condensadores obtenidos a partir de supercondensadores (EDLC) son la excepción. Están hechos de carbón activado para conseguir una gran área relativa y tienen una separación molecular entre las "placas". Así se consiguen capacidades del orden de cientos o miles de faradios. Uno de estos condensadores se incorpora en el reloj Kinetic de Seiko, con una capacidad de 1/3 de Faradio, haciendo innecesaria la pila. También se está utilizando en los prototipos de automóviles eléctricos.
El valor de la capacidad de un condensador viene definido por la siguiente fórmula:

$C=\frac{Q_1}{V_1-V_2} = \frac{Q_2}{V_2-V_1}$

en donde:

C

: Capacitancia

Q 1

: Carga eléctrica almacenada en la placa 1.

V 1 - V 2

: Diferencia de potencial entre la placa 1 y la 2.

Nótese que en la definición de capacidad es indiferente que se considere la carga de la placa positiva o la de la negativa, ya que

$Q_2 = C(V_2-V_1) = -C(V_1-V_2) = -Q_1\,$

aunque por convenio se suele considerar la carga de la placa positiva.
En cuanto al aspecto constructivo, tanto la forma de las placas o armaduras como la naturaleza del material dieléctrico son sumamente variables. Existen condensadores formados por placas, usualmente de aluminio, separadas por aire, materiales cerámicos, mica, poliéster, papel o por una capa de óxido de aluminio obtenido por medio de la electrólisis.

T.P Numero 2 - Respuesta 2:

La constante dieléctrica o permitividad relativa de un medio continuo es una propiedad macroscópica de un medio dieléctrico relacionado con la permitividad eléctrica del medio.
en relación la rapidez de las ondas electromagnéticas en un dieléctrico es:

$v= \frac{c}{\sqrt{k * km}}$

donde k es la constante dieléctrica y km es la permeabilidad relativa
El nombre proviene de los materiales dieléctricos, que son materiales aislantes o muy poco conductores por debajo de una cierta tensión eléctrica llamada tensión de rotura. El efecto de la constante dieléctrica se manifiesta en la capacidad total de un condensador eléctrico. Cuando entre los conductores cargados o paredes que lo forman se inserta un material dieléctrico diferente del aire (cuya permitividad es prácticamente la del vacío) la capacidad de almacenamiento de la carga del condensador aumenta. De hecho la relación entre la capacidad inicial C_i y la final C_f vienen dada por la constante eléctrica:

$K = \frac{C_f}{C_i} = \frac{\varepsilon}{\varepsilon_0} = \varepsilon_r = (1+\chi_e)$

Donde ε es la permitividad eléctrica del dieléctrico que se inserta.
Además el valor de la constante dieléctrica K de un material define el grado de polarización eléctrica de la substancia cuando esta se somete a un campo eléctrico exterior. El valor de K es afectado por muchos factores, como el peso molecular, la forma de la molécula, la dirección de sus enlaces (geometría de la molécula) o el tipo de interacciones que presente.
Cuando un material dieléctrico remplaza el vacío entre los conductores, puede presentarse la polarización en el dieléctrico, permitiendo que se almacenen cargas adicionales.
La magnitud de la carga que se puede almacenar entre los conductores se conoce como capacitancia ésta depende de la constante dieléctrica del material existente entre los conductores, el tamaño, la forma y la separación de los mismos.

Medición de la constante dieléctrica de los materiales

La constante dieléctrica puede ser medida de la siguiente manera, primero medimos la capacidad de un condensador de prueba en el vacío

C i

(o en aire si aceptamos un pequeño error), luego usando el mismo condensador y la misma distancia entre sus placas se mide la capacidad con el dieléctrico insertado entre ellas

C f

.
La constante dieléctrica puede ser calculada como:

$\ K = \frac{C_{f}} {C_{i}}.$

Factores de disipación y pérdidas dieléctricas

Cuando aplicamos una corriente alterna a un dieléctrico perfecto, la corriente adelantará al voltaje en 90°, sin embargo debido a las pérdidas, la corriente adelanta el voltaje en solo 90°-δ, siendo δ el ángulo de pérdida dieléctrica. Cuando la corriente y el voltaje están fuera de fase en el ángulo de pérdida dieléctrica se pierde energía o potencia eléctrica generalmente en forma de calor.
El factor de disipación está dado por FD=Tan δ y el factor de pérdida dieléctrica es FP=K Tan δ.

K para diferentes materiales

Dieléctrico------K
Vacio---------------1.0
Aire----------------1.004
Teflon----------------2.1
(CH₂CH₂)_n----------------2.25
C₆H₆----------------2.28
PET((C₁₀H₈O₄)_n)----------------3.1
SiO₂ ------------3.9
Papel--------------4-6
Al₂-------------5.9
TiO₃------------100
BaTiO₃----------1500
PMN ---------------->10000
Pb(Mg_1/3 Nb_2/3)O₃

jueves, 2 de junio de 2011

T.P. Numero 1 - Respuesta 20:

VDR(voltage dependant resistor)

La propiedad que caracteriza esta resistencia consiste en que disminuye su valor óhmico cuando aumenta bruscamente la tensión. De esta forma bajo impulsos de tensión se comporta casi como un cortocircuito y cuando cesa el impulso posee una alta resistividad.
Sus aplicaciones aprovechan esta propiedad y se usan básicamente para proteger contactos móviles de contactores, reles, interruptores.., ya que la sobre intensidad que se produce en los accionamientos disipa su energía en el varistor que se encuentra en paralelo con ellos, evitando así el deterioro de los mismos, además, como protección contra sobre tensiones y estabilización de tensiones, adaptación a aparatos de medida.