Farad: La Unidad de Capacitancia
La capacidad de almacenar carga eléctrica es esencial en la electrónica y se conoce como capacitancia, simbolizada con la letra C. Esta propiedad se encuentra en cualquier par de conductores separados por un aislante o vacío, formando un capacitor. Existen dos conceptos claves de capacitancia: la auto-capacitancia y la capacitancia mutua.
Definición y Unidad
La unidad SI de capacitancia es el coulomb por voltio, conocido como farad (F), donde 1 farad equivale a 1 coulomb por voltio (1 F = 1 C/V). El farad es una unidad bastante grande, por lo que en la práctica se utilizan submúltiplos como el microfarad (µF) y el picofarad (pF).
Capacitancia de Placas Paralelas
Un ejemplo clásico es el capacitor formado por placas metálicas paralelas. Su capacitancia se calcula con la fórmula:
Capacitancia = εr * Área / Distancia
Donde εr es la permitividad relativa, la razón entre la permitividad absoluta (ε) y la permitividad del vacío (ε0).
El Farad en la Práctica
Un farad es una medida grande de capacitancia y no es común en circuitos electrónicos cotidianos. Por ejemplo:
- Un capacitor cerámico pequeño en electrónica podría tener alrededor de 0.1 microfarads (µF).
- Un capacitor electrolítico en fuentes de alimentación podría tener algunos cientos o miles de microfarads (µF).
- Los supercapacitores o ultracapacitores, utilizados en almacenamiento de energía, pueden tener varios farads.
En resumen, aunque el farad es una unidad grande de capacitancia, los capacitores en este rango se usan principalmente en aplicaciones especializadas. Los circuitos electrónicos suelen utilizar capacitores en rangos de microfarad o picofarad.
Ejemplo de Capacitor
Consideremos un capacitor con las siguientes especificaciones:
- Capacitancia (C): 100 microfarads (µF)
- Voltaje (V): 50 voltios (V)
- Distancia (d): 0.5 milímetros (mm)
- Área (A): 10 centímetros cuadrados (cm²)
Este capacitor puede almacenar hasta 100 microcoulombs (µC) de carga por voltio de diferencia de potencial entre sus placas. El voltaje máximo que puede soportar sin romperse es de 50 voltios. La distancia entre las placas, 0.5 milímetros, implica que la capacitancia es inversamente proporcional a esta distancia – mientras más cercanas las placas, mayor es la capacitancia. Finalmente, el área de cada placa, 10 cm², significa que la capacitancia es directamente proporcional a esta área – mientras más grande el área, mayor es la capacitancia.
