La capacitancia es una medida de la capacidad de un condensador para almacenar cargas. La capacitancia se mide en faradios, nombre que recibe del físico inglés Michael Faraday, miembro honorario de la Universidad de San Petersburgo.
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¿Qué es la capacitancia?
Si retiramos un solo conductor eléctrico infinitamente lejos y eliminamos la influencia de los cuerpos cargados entre sí, el potencial del conductor retirado se vuelve proporcional a la carga. Pero los conductores de distinto tamaño no tienen el mismo potencial.
La unidad de capacidad de un condensador en el SI es el faradio. El coeficiente de proporcionalidad se denota con la letra C, que es la capacitancia afectada por el tamaño y la estructura externa del conductor. El material, el estado de fase de la sustancia del electrodo no juega ningún papel - las cargas se distribuyen en la superficie. Por lo tanto, en las normas internacionales del SGA, la capacitancia no se mide en faradios sino en centímetros.
Una bola solitaria con un radio de 9 millones de km (1400 radios terrestres) contiene 1 faradio. Un solo elemento conductor mantiene las cargas en cantidades insuficientes para las aplicaciones técnicas. De acuerdo con la tecnología del siglo XXI. se crean condensadores con unidades superiores a 1 faradio.
Una estructura formada por un mínimo de 2 electrodos y un dieléctrico de separación puede almacenar la cantidad de electricidad necesaria para hacer funcionar los circuitos electrónicos. En esta construcción las partículas positivas y negativas se atraen mutuamente y se sujetan entre sí. El dieléctrico entre el par electrón-positrón impide la aniquilación. Dicho estado de carga se denomina ligado.
Antes, para medir las magnitudes eléctricas, se utilizaban equipos engorrosos que no se caracterizaban por su precisión. Ahora, incluso un radioaficionado novato sabe cómo medir la capacitancia con un probador.
El marcado de los condensadores
Conocer las características de los dispositivos electrónicos es esencial para un funcionamiento preciso y seguro.
Para determinar la capacidad de un condensador hay que medir el valor con un instrumento y leer las marcas de la carcasa. Los valores marcados difieren de los valores medidos. Esto se debe a las técnicas de producción imperfectas y a las variaciones operativas (desgaste, efectos de la temperatura).
La capacidad nominal y los parámetros de tolerancia se indican en la carcasa. Los aparatos domésticos utilizan dispositivos con una desviación de hasta el 20%. En aplicaciones espaciales, militares y en zonas peligrosas, se permite una tolerancia del 5-10%. Los circuitos de funcionamiento no contienen ningún valor de tolerancia.
La capacidad nominal se codifica según las normas de la CEI, la Comisión Electrotécnica Internacional, que reúne a las organizaciones nacionales de normalización de 60 países.
La norma IEC utiliza denominaciones:
- Codificación de 3 dígitos. 2 dígitos al principio - número de pF, tercer dígito - número de ceros, 9 al final - índice inferior a 10 pF, 0 al principio - no más de 1 pF. Código 689 - 6,8 pF, 152 - 1500 pF, 333 - 33000 pF o 33 nF o 0,033 µF. El punto decimal del código se sustituye por la letra "R" para facilitar su lectura. R8=0,8 pF, 2R5 es 2,5 pF.
- 4 dígitos en la marca. El último es el número de ceros. Los 3 primeros son el valor en pF. 3353 - 335000 pF, 335 nF o 0,335 µF.
- Uso de letras en el código. La letra µ es µF, n es nanofaradios, p es pF. 34p5 es 34,5 pF, 1µ5 es 1,5 µF.
- Los productos cerámicos cepillados están codificados con las letras A-Z en 2 registros y el número que denota el grado del número 10. K3 es 2400 pF.
- Los productos SMD electrolíticos se marcan de 2 formas: dígitos - capacidad nominal en pF y cerca o en la 2ª línea si hay espacio - valor de tensión nominal; letra que codifica la tensión y cerca 3 dígitos, 2 definen la capacidad y el último - número de ceros. A205 significa 10V y 2µF.
- Los productos de montaje superficial están marcados con un código de letras y números: CA7 - 10 µF y 16 V.
- Los códigos están codificados por el color de la caja.
El marcado CEI, las denominaciones nacionales y la codificación de las marcas hacen que memorizar los códigos no tenga sentido. Los diseñadores de hardware y los técnicos de reparación necesitan fuentes de referencia.
Cálculo mediante fórmulas
El cálculo de la capacidad nominal de una célula es necesario en 2 casos:
- Los diseñadores de equipos electrónicos calculan el parámetro al crear los circuitos.
- Los maestros, en ausencia de condensadores de potencia y capacitancia adecuadas, utilizan el cálculo de elementos para seleccionar entre las piezas disponibles.
Los circuitos RC se calculan utilizando el valor de la impedancia - resistencia compleja (Z). Ra - es la pérdida de corriente debida al calentamiento de los participantes del circuito. Ri y Re - tienen en cuenta la influencia de la inductancia y la capacitancia de los elementos. En los terminales de las resistencias en los circuitos RC la tensión Up es inversamente proporcional a Z.
La resistencia térmica aumenta el potencial en la carga y la resistencia reactiva lo disminuye. El funcionamiento del condensador a frecuencias superiores a la de resonancia, cuando la componente reactiva de la resistencia compleja aumenta, provoca pérdidas de tensión.
La frecuencia de resonancia es inversamente proporcional a la capacidad de almacenar carga. A partir de la fórmula para determinar Fp, calcula qué valores de Cc (capacidad del condensador) son necesarios para que el circuito funcione.
Para calcular los circuitos de impulsos, se utiliza la constante de tiempo del circuito, que determina el efecto de la RC en la estructura del impulso. Si se conocen la resistencia del circuito y el tiempo de carga del condensador, la capacidad se calcula a partir de la fórmula de la constante de tiempo. La veracidad del resultado se ve afectada por el factor humano.
Los maestros utilizan conexiones paralelas y en serie de condensadores. Las fórmulas de cálculo son inversas a las de las resistencias.
Una conexión en serie hace que la capacitancia sea menor en la conexión de los elementos, un circuito en paralelo suma los valores.
¿Cómo puedo medir la capacidad de un condensador con un multímetro?
Cuando se mide el condensador, primero se descarga el condensador cortocircuitando los terminales con un destornillador aislado en el mango. Si no se hace esto, el multímetro de baja potencia fallará.
La respuesta a la pregunta de cómo comprobar la capacidad de un condensador con un multímetro con modo "Cx" es la siguiente:
- Conecte el modo "Cx" y seleccione el límite de medición - 2000 pF a 20 μF en el medidor estándar;
- Introduzca el condensador en las tomas del instrumento o coloque la sonda en las patillas del condensador y lea el valor en la escala del instrumento.
Con un amperímetro o multímetro, determine si hay un cortocircuito o un circuito abierto en el interior de la caja.
El condensador de polaridad se conecta al circuito del aparato teniendo en cuenta el sentido de la corriente. Los electrodos del producto están marcados por el fabricante. Un condensador diseñado para tensiones de 1 a 3 V fallará si la corriente inversa es superior a la normal.
El condensador electrolítico polar se desolda de la placa antes de medir las características. Encienda el multímetro en modo de medición de resistencia o de prueba de semiconductores. Coloca las sondas en los electrodos del condensador polar: el más con el más, el menos con el menos. Un condensador defectuoso mostrará un aumento suave de la resistencia. A medida que avanza la carga, la corriente disminuye, el CEM aumenta y alcanza la tensión de alimentación.
Un circuito abierto en un condensador aparecerá en el multímetro como una resistencia infinita. El aparato no reacciona o la flecha del analógico apenas se mueve.
Si el elemento falla, el valor medido será inferior al valor nominal en proporción a la magnitud de la avería.
Si uno se pregunta cómo medir la resistencia compleja o equivalente en serie (ESR de un condensador) con un multímetro, es problemático hacerlo sin un accesorio. Un condensador presenta propiedades reactivas a corrientes de alta frecuencia.
Otros métodos de medición
Medidor de capacitancia de condensador con sus propias manos se ensambla de acuerdo con los esquemas de dispositivos de pulso. Las secuencias de circuitos RC con resistencias variables crean una serie de señales de frecuencia escalonada a la salida del producto. Se utiliza un multímetro para configurar la unidad con la que se va a utilizar el accesorio.
Un conjunto de condensadores probados se conecta sucesivamente al diseño y se ajusta la precisión de cada subrango.
Se implementa esquemáticamente un medidor de capacidad de celdas electrolíticas con sus propias manos y se sintoniza como parte de un decodificador sin circuito oscilante. La salida es una tensión constante en lugar de una tensión de impulso.
En los contadores digitales de capacidad, la alimentación es muy estable. Los parámetros "flotantes" de los elementos, a partir de los cuales se ensambla el circuito, darán un error inaceptable para la precisión de las mediciones.
Los elementos lógicos se utilizan para construir fuentes de corriente alterna pulsada para las mediciones de ESR.
Medidores de capacidad de condensadores económicos, dispositivos de tipo puente RLC con función opcional de prueba de resistencia SMD, carga de red y pantalla LCD, del tamaño de un dedo. Actúan como un sistema de metrología profesional. Capaz de actuar como medidor de capacidad para condensadores electrolíticos, tanto polares como variables.
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