Mi estimado colega hoy quiero que revisemos uno de los temas más interesantes en relación a los condensadores, platicaremos un rato sobre la famosa carga y descarga en un capacitor y cómo es que funciona y opera desde un punto de vista practico y matemático, espero que te guste y me ayudes compartiendo en tus redes sociales.

Recordando ¿Qué es un condensador?

Recordemos que los capacitores son componentes pasivos que son capaces de almacenar energía en forma de carga eléctrica, esto lo explico a detalle en mi post estrella de nombre La mejor guía que encontrarás para saber ¿Qué son los capacitores? Jajaja, creo que exagere pero si te recomiendo que la leas para comprender lo básico de este componente.

Conceptos basicos

• ¿Qué es la capacitancia?
• ¿Qué son los faradios y microfaradios?
• ¿Qué es un dieléctrico?

¿Qué es la carga y descarga de un condensador?

Bien antes de pasar a revisar los aspectos más relevantes sobre este tema que te parece si hacemos un resumen, por lo regular el resumen es al final pero como tengo una audiencia impaciente, siempre voy al revés.

La carga en un capacitor se da cuando en un circuito eléctrico se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un condensador, esto hace que en el circuito fluya una corriente eléctrica en dirección al capacitor y este empiece ha almacenar carga eléctrica y dependiendo de la capacitancia presente, llegará el momento en que en dicho capacitor la carga es bastante alta que logra romper el dieléctrico que separa las capas del condensador y comienza el flujo de corriente comenzando el proceso de descarga, siempre y cuando exista una carga que consuma la carga que ha logrado almacenar el capacitor.

No me digas has puesto cara de ¿What? Bien para mis queridos lectores que se han quedado de a seis por que no me supe explicar bien 😭 vayamos a un ejemplo para despejar todas las dudas.

Circuito de carga de un capacitor

Para iniciar con este tema vamos analizar un circuito RC el cual de primera instancia revisaremos la teoría en el tiempo de la carga.

Entonces si tenemos un circuito con:

• Una fuente (VF)
• Resistencia (R)
• Capacitor (C)
• Interruptor (I)

Conectados en serie, en este instante de tiempo donde el interruptor esta abierto el condensador tiene un estado inicial igual a descargado.

Ahora supongamos que en algún determinado tiempo cerramos el interruptor, esto ocasiona que fluya una corriente eléctrica (IX) en el circuito y por la condición en serie fluirá hacia el capacitar lo que iniciara la carga del mismo.

Ahora, en otro determinado tiempo y según la capacitancia del capacitor, el condensador llegará a su carga máxima y la corriente dejará de fluir.

Formulas de la carga en un capacitor

Según el circuito anterior tenemos las siguientes formulas:

• En la resistencia el voltaje lo podemos expresa en términos de la corriente si aplicamos ley de OHM VR = iR
• Ahora en el capacitor tenemos VC = q / C

Y si recordamos nuestros cursos básicos de electrónica, sabemos que:

VF = VR + VC

Si sustituimos los valores que definimos anteriormente e igualamos a cero la ecuación tenemos:

iR + (q / C) – VF = 0

Ahora, debemos recordad que la corriente que fluye la podemos definir como la carga que atraviesa el circuito en un tiempo determinado:

i = dq / dt

Si sustituimos tenemos:

Esta ecuación la podemos integrar y si despejamos la carga queda de la siguiente manera:

Ahora si derivamos la ecuación anterior obtenemos una formula bastante interesante:

De la ecuación anterior podemos decir lo siguiente:

• La carga tiende a un valor máximo al cabo de un determinado tiempo que en forma teórica es infinito.
• Por otra parte, la corriente disminuye de forma exponencial respecto al tiempo hasta cero cuando el capacitor se encuentra en el estado de carga máxima.
• Un concepto importante es la constante RC lo cual profundizaré en un post a parte, por el momento te diré que el valor RC que esta en el denominador de t es la constante de tiempo del circuito, y es el tiempo en el que la corriente decrece hasta 1/e del valor inicial.

Formulas de descarga en un capacitor

Espero que hasta el momento no te haya confundido, ahora vayamos a revisar el caso de la descarga.

Para el caso de la descarga ahora debemos iniciar con un circuito donde le capacitor inicialmente se encuentra cargado, en tal caso tenemos como en el caso anterior:

• En el resistor VR = iR
• Y en el capacitor VC = q / C

Ahora, en la malla formada entre el resistor y el capacitor se tiene que:

VR = VC

Sustituyendo

iR – (q / C) = 0

En este caso la corriente disminuye con el tiempo

i = dq / dt

Ahora, sustituyendo la corriente en la ecuación y desarrollando como en el caso de la carga tenemos lo siguiente:

La formula anterior es simple de operar, solo se requiere integrar desde un tiempo inicial t0 = 0 con q(0) = Q0 y cualquier otro tiempo, obteniendo la siguiente formula

En la ecuación anterior vemos que la carga disminuye de forma exponencial con respecto al tiempo, ahora, si derivamos respecto al tiempo podemos obtener la corriente con el sentido que expresamos en el circuito de la descarga.

Aquí vemos claramente como la corriente disminuye exponencialmente respecto al tiempo.

Excelente mi querido amigo ya hemos visto como es que funciona la carga y descarga espero que te haya sido de utilidad y me ayudes compartiendo este post en tus redes sociales.