¿Cómo funciona la carga y descarga en un capacitor?

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 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.

Circuito de ejemplo RC de la carga y descarga en un capacitor

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:

Formula de la carga en términos de la carga y el tiempo

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

Integrando la Formula de la carga en un capacitor
Despejando la carga de la Integración en la formula de la carga del capacitor

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

Formula de la corriente en la carga de un capacitor

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.

Circuito RC para la descarga de un capacitor

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:

Formula del voltaje en la descarga de un capacitor

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

Formula de q de la carga en un capacitor

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.

Formula de la corriente eléctrica en la descarga de un capacitor

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.

Contenido relacionado

Juan Carlos G - Capacitores .Net

Juan Carlos G.

Electrónica y desarrollo de software


Estudie Electrónica en la UNAM y me encanta hablar y publicar estos temas para ayudar a los demás a comprender ciertos temas que muchas veces son complicados de entender. Espero que este blog, el cual lo he dedicado a hablar de los Capacitores y productos relacionados a este componente, te sea de gran ayuda, amigo o amiga electrónica.

@Puedes seguirme en mis redes

Deja un comentario