Física
Calculadora de condensadores: capacidad, carga y energía
Borra la magnitud que necesitas y la fórmula se despeja. Además, el condensador plano a partir de su geometría y las dos reglas de conexión con el detalle de cada componente.
Por qué los condensadores se combinan al revés que las resistencias
Un condensador no acumula carga neta: acumula carga separada. Una placa toma +Q, la otra −Q, y el total sigue siendo cero. Lo que almacena es energía en el campo eléctrico entre las placas, y por eso se descarga en un instante mientras una pila tarda horas: el campo se anula en cuanto hay un camino para la corriente.
La capacidad depende solo de la geometría y del material, no de la carga ni de la tensión. Placas mayores alojan más carga a igual tensión; placas más próximas producen un campo más intenso para la misma carga, luego menos tensión, luego más capacidad. El dieléctrico multiplica la capacidad por su permitividad relativa: cerca de 1 en el aire, 2,2 en el polipropileno y varios miles en los cerámicos.
La regla de conexión es la inversa de la de las resistencias, y la razón merece saberse. Poner dos condensadores en paralelo equivale a ensanchar las placas, así que las capacidades se suman. Ponerlos en serie equivale a separarlas, así que la capacidad baja y se suman los inversos. Si recuerdas que el paralelo suma áreas, ya no te equivocarás de sentido.
Errores frecuentes
- Aplicar a los condensadores la regla de las resistencias: en paralelo las capacidades se suman, en serie se suman los inversos. Es exactamente lo contrario.
- Olvidar que la energía va con el cuadrado de la tensión: a la mitad de tensión la energía es la cuarta parte, no la mitad.
- Confundir la carga total con la de cada componente: en serie la carga es la misma en todos, en paralelo lo común es la tensión. La tabla de abajo muestra cuál de las dos se reparte.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la capacidad equivalente en serie?
Se suman los inversos y se invierte el resultado: 1/Ceq = 1/C₁ + 1/C₂ + … Para solo dos condensadores vale el atajo Ceq = (C₁·C₂)/(C₁+C₂). El resultado es siempre menor que la capacidad más pequeña.
¿Cuánta energía almacena un condensador?
U = ½·C·V². Un condensador de 10 µF a 12 V almacena 0,72 milijulios. La misma energía se escribe también como ½·Q·V o Q²/(2C).
¿De qué depende la capacidad de un condensador plano?
De C = ε₀·εᵣ·A/d: crece con el área de las placas y con la permitividad, y disminuye con la separación. No depende ni de la carga ni de la tensión aplicada.
¿Para qué sirve el dieléctrico entre las placas?
Hace dos cosas: mantiene las placas próximas sin que se toquen y multiplica la capacidad por εᵣ, porque sus moléculas se polarizan y reducen el campo para la misma carga. Eso sí, tiene una rigidez dieléctrica más allá de la cual falla.
Cómo funciona este cálculo
Definición: C = Q/V, con C en faradios, Q en culombios y V en voltios. Condensador plano: C = ε₀·εᵣ·A/d, con ε₀ = 8,854 × 10⁻¹² F/m. Energía almacenada: U = ½·C·V² = ½·Q·V = Q²/(2C). Campo entre las placas: E = V/d. Condensadores en paralelo: Ceq = C₁ + C₂ + … + Cₙ; la tensión es común y cada uno acumula Qᵢ = Cᵢ·V. Condensadores en serie: 1/Ceq = 1/C₁ + 1/C₂ + … + 1/Cₙ; la carga es común y en cada uno cae Vᵢ = Q/Cᵢ. Para dos en serie: Ceq = (C₁·C₂)/(C₁ + C₂).
Cálculos relacionados
Circuitos RLC y corriente alterna
Reactancias, impedancia, frecuencia de resonancia, factor de potencia y constantes de tiempo RC y RL.
Ley de Ohm
Tensión, corriente, resistencia, potencia disipada y resistencias en serie y paralelo.
Ley de Coulomb y campo eléctrico
Fuerza entre cargas, campo, potencial y energía electrostática, con la fórmula despejable en cualquier magnitud.
Teorema de Gauss
Flujo, carga encerrada y campos con simetría esférica, cilíndrica y plana.