Carga y descarga de condensadores

6 octubre, 2011

Ayer surgieron en clase, al estudiar las características básicas de los condensadores y su funcionamiento en continua y alterna, algunas dudas sobre el proceso real ocurrido en bornes del condensador cuando, estando descargado, se pone en contacto con una fuente de tensión de continua a través de una resistencia.

Para intentar aclarar el proceso, os dejo el enlace al material y os reproduzco el contenido colgado por el CIFP Mantenimiento de Servicios a la Producción de Langreo, que explica con detalle y cualitativamente el proceso que tiene lugar en el dispositivo. Tenéis que tener en cuenta que en el caso de los condensadores, las analogías cualitativas electrohidráulicas que en ocasiones nos facilitan la comprensión de los procesos de flujo de corriente y transmisión de tensión no funcionan. En la práctica, suele recurrirse a las analogías electromecánicas, dadas las similitudes que existen desde el punto de vista de descripción del comportamiento entre el movimiento de ciertos sistemas sólidos y ciertos elementos eléctricos. Comprenderlas exige una serie de conocimientos matemáticos e interpretativos de ecuaciones diferenciales e integrales que, con nuestro objetivo a la vista, no tiene sentido introducir.

No obstante, es posible que no nos haga falta para una buena comprensión del proceso que nos ocupa: no olvidéis que lo que tenemos en movimiento no es más que electrones en un circuito eléctrico. Sin más, os reproduzco el contenido:

El proceso físico de carga de un condensador se basa en la transferencia  de electrones desde una placa hacia la otra. Este proceso no puede ocurrir de forma instantánea, debido al fenómeno de “inercia” presente en los circuitos eléctricos. Un condensador por tanto, no puede cambiar bruscamente de carga ni de tensión, sino que evoluciona mediante un periodo transitorio. Algo similar  ocurre si viajamos a 100 km/h y queremos pasar a 120 Km/h; el cambio no puede ser instantáneo sino que hay un periodo transitorio de aceleración.  Supongamos el circuito de la fig. donde inicialmente el conmutador está abierto, y cerrémoslo sobre la posición 1.

El condensador comenzará a cargarse porque los electrones de la placa superior son “arrancados” de la misma (quedando esta placa con carga +) y se van “incrustando” en la placa inferior (quedando esta placa con carga 0), tal como podemos ver en la figura.

El proceso se mantendrá hasta que la tensión del condensador se iguale a la tensión de la batería, momento en el cual la intensidad se anula. Se dice que  llegamos al régimen permanente, situación que se mantendrá indefinidamente si no se produce algún cambio en el conmutador. La situación de régimen permanente es por tanto: 

• Vcondensador= E bateria
• I=0 (A) 
• Q= C x Vcondensador 

Obsérvese que la intensidad del condensador y el movimiento real de los electrones tiene, por convenio, sentidos distintos.

En cuanto al proceso de descarga del mismo a través de la resistencia, la situación es muy similar:

“Un tiempo después pasamos el conmutador a la posición 2, con lo que el condensador comenzará a descargarse tal como muestra la figura:

La descarga se debe a la ausencia de la batería. El circuito de la fig.7 es un circuito “desenchufado”, con lo que la tensión del condensador deberá ser nula cuando se alcance el nuevo régimen permanente. Obsérvese como los electrones salen de la placa inferior (que cada vez tendrá menos carga – al perder electrones) y entran en la superior (que cada vez tendrá menos carga + al ganar electrones) hasta que ambas placas sean eléctricamente neutras.

Llegado este momento alcanzamos el nuevo régimen permanente donde:

• V=0 (v) • I=0 (A) • Q= 0(Cul)

Obsérvese en las figuras anteriores que la intensidad de corriente por el condensador cambia de sentido en la descarga respecto a la carga. Al descargarse actúa momentáneamente como una batería ya que la intensidad sale del polo + y se cierra por el menos.

La representación gráfica de la evolución de Vcondensador en función del tiempo podría verse en un osciloscopio y tendría la siguiente forma:”

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