Definición de Capacitancia

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

La capacitancia es una propiedad que tienen algunos dispositivos eléctricos y está relacionada con la capacidad de estos para almacenar carga eléctrica. Los dispositivos que tienen esta propiedad y cumplen con esta función en un circuito eléctrico se llaman “capacitores” o “condensadores”.

La capacidad que tienen los condensadores para almacenar energía eléctrica y luego liberarla los hace muy útiles en varias situaciones y están presentes en muchos circuitos. Los capacitores tienen distintas aplicaciones como filtros de frecuencias, fuentes de alimentación, osciladores, estabilizadores de voltaje, almacenamiento de energía, etc.

Explicando la capacitancia

Los elementos básicos que componen un capacitor son conductores separados entre sí. Estos conductores pueden tener cualquier forma, pero para simplificar los cálculos y poder visualizar mejor el funcionamiento de un capacitor vamos a considerar un sistema formado por dos placas planas conductoras paralelas entre sí. Ambas placas poseen un área \(A\) y están separadas por una distancia \(d\) sin ningún material entre ellas.

Ahora vamos a someter estas placas a una diferencia de potencial \(V\) por ejemplo, conectando cada placa a un extremo de una batería. Cuando hacemos esto se genera una corriente eléctrica en el circuito. La diferencia de potencial hará que exista un flujo de electrones desde el polo negativo de la batería hasta la placa a la que está conectada, la cual ganará electrones y se cargará negativamente. Así mismo, existirá un movimiento de electrones desde la otra placa hasta el polo positivo de la batería lo cual hará que dicha placa se cargue positivamente al perder electrones.

Cabe destacar que en este caso la magnitud de la carga eléctrica en ambas placas será la misma sólo que de signos opuestos manteniendo así la neutralidad eléctrica del capacitor. Este proceso se detiene hasta que la placa negativa obtiene una carga \( – q\) y la carga positiva una carga \( + q\). Esto hace que la diferencia de potencial entre ambas placas sea la misma que la brindada por la batería y que deje de haber corriente eléctrica en el circuito. Cuando esto sucede decimos que el capacitor se ha cargado.

Si se desconectan las placas de la batería, la diferencia de potencial entre ellas hará que exista un flujo de electrones desde la placa negativa hasta la placa positiva hasta que el potencial eléctrico entre ellas cero. Decimos entonces que el capacitor se ha descargado y es de esta manera en que un capacitor almacena energía eléctrica.

La magnitud de la carga eléctrica (\(q\)) adquirida por las placas es directamente proporcional a la diferencia de potencial \(V\) aplicada y que existe entre ambas placas, es decir que:

\(q = CV\)

Donde la constante de proporcionalidad \(C\) es a lo que llamamos “capacitancia”. La capacitancia tiene unidades de \(C/V\), esta unidad recibe el nombre de “Farad (\(F\))” y se define como \(1\;F = 1\;C/V\). Con la ecuación anterior podemos decir que la capacitancia está dada por:

\(C = \frac{q}{V}\)

Lo realmente curioso es que la capacitancia de un capacitor no depende de la carga eléctrica y tampoco del potencial eléctrico, sólo depende de sus propiedades geométricas y de sus dimensiones.

Para darnos cuenta de esto volvamos al ejemplo de las placas conductoras. Cuando el capacitor se carga se genera un campo eléctrico entre ambas placas, el cual está dado por:

\(E = \frac{q}{{A{\varepsilon _0}}}\)

Donde \(E\) es el campo eléctrico, \(A\) es el área de las placas y \({\varepsilon _0}\) es la permitividad eléctrica del vacío. Despejando para \(q\) obtenemos que la carga eléctrica del capacitor en función del campo eléctrico es:

\(q = {\varepsilon _0}EA\)

Además, la diferencia de potencial que existe entre ambas placas también podemos expresarla en términos del campo eléctrico de la siguiente manera:

\(V = Ed\)

Donde recordemos que \(d\) es la distancia que separa a ambas placas. Sustituyendo estas dos últimas ecuaciones en la expresión para la capacitancia obtenemos que la capacitancia de este capacitor de placas paralelas está dada por:

\(C = \frac{{{\varepsilon _0}A}}{d}\)

Como podemos darnos cuenta, la capacitancia de este arreglo depende exclusivamente de sus dimensiones. Algo importante que cabe mencionar es que en este caso asumimos que entre ambas placas existe espacio vacío, no obstante, en todos los capacitores ambos conductores están separadas por un material dieléctrico o aislante. Suponiendo que entre ambas placas colocamos un material dieléctrico con permitividad relativa \({\varepsilon _r}\), la capacitancia sería entonces:

\(C = \frac{{{\varepsilon _r}{\varepsilon _0}A}}{d}\)

Como \({\varepsilon _r} > 1\) para cualquier material distinto al vacío, podemos concluir que colocar materiales aislantes entre los conductores de un capacitor aumenta la capacitancia de este. Entre mayor sea la permitividad relativa del aislante, mayor será la capacitancia del capacitor en cuestión. Esto es así debido a que los materiales aislantes se polarizan en presencia de un campo eléctrico.

 
 
 
 
Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Art. actualizado: Noviembre 2023; sobre el original de noviembre, 2023.
Datos para citar en modelo APA: Zamora Ramírez, A. (Noviembre 2023). Definición de Capacitancia. Significado.com. Desde https://significado.com/capacitancia/
 

Referencias

David Halliday, Robert Resnick & Jearl Walker. (2011). Fundamentals of Physics. United States: John Wiley & Sons, Inc.

Gerald L. Pollack & Daniel R. Stump. (2002). Electromagnetism. San Francisco: Addison Wesley.

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