Calculadora de energía de Capacitor
Calcular la energía almacenada en un condensador basado en su capacitancia y tensión.
Introduzca sus valores
Cuadro de contenidos
Comprender a los Capacitadores
¿Qué es un Capacitor?
Un condensador es un componente electrónico fundamental diseñado para almacenar energía eléctrica temporalmente en un campo eléctrico. Se compone de dos placas conductivas separadas por un material aislante llamado dieléctrico. Cuando se conecta a una fuente de tensión, el condensador carga acumulando cargos iguales y opuestos en sus placas, creando un campo eléctrico entre ellos.
How Capacitors Store Energy
Los terroristas almacenan energía a través de la separación de cargas eléctricas. Cuando el voltaje se aplica a través de un condensador, los electrones se acumulan en una placa mientras que un número igual de electrones se extraen de la otra placa, dejándolo cargado positivamente. El material dieléctrico entre las placas evita que estos cargos se neutralicen mutuamente, almacenando así energía eléctrica en forma de campo eléctrico.
- Área de placas:Gran área de placa aumenta la capacitancia
- Distancia entre placas:La separación más pequeña aumenta la capacitancia
- Material dieléctrico:Materiales con mayor capacidad de aumento de la permitibilidad
Tipos de Capacitadores
Diferentes tipos de condensadores están diseñados para aplicaciones específicas basadas en sus propiedades:
- Capacitadores de cerámica:Pequeña, asequible y versátil con alta estabilidad a través de temperaturas y frecuencias. Ideal para aplicaciones de alta frecuencia.
- Capacitadores electrolíticos:Condenadores polarizados con altos valores de capacitancia, adecuados para fuentes de alimentación y aplicaciones de baja frecuencia.
- Capacitadores de cine:Excelente fiabilidad y baja distorsión, comúnmente utilizado en equipos de audio y filtrado de señal.
- Capacitadores de Tantalum:Compacto con alta fiabilidad y densidad de capacitancia, perfecto para electrónica portátil.
- Supercapacitadores:Valores de capacitancia extremadamente altos para aplicaciones de almacenamiento energético, combinando características de baterías y condensadores tradicionales.
Aplicaciones de los Capacitadores
Capacitors atiende numerosas funciones esenciales en electrónica moderna:
- Almacenamiento de energía:Capacitors almacenan energía para descarga rápida en aplicaciones como flashes de cámara y sistemas de respaldo de energía.
- Filtro:Suavizan las fluctuaciones de tensión en los suministros de energía y bloquean DC, permitiendo que las señales de AC pasen.
- Coupling y Decoupling:Los Capacitors transmiten señales de AC entre las etapas de circuito y bloquean componentes de DC.
- Tiempo:En combinación con resistores, los condensadores crean constantes de tiempo utilizados en osciladores y circuitos de temporizador.
- Corrección del factor de potencia:Los condensadores grandes mejoran la eficiencia en los sistemas de energía AC reduciendo la potencia reactiva.
- Tuning:Los condensadores variables ajustan frecuencias resonantes en equipos de radio y comunicación.
Configuraciones de Capacitor
Los organizadores pueden conectarse en diferentes configuraciones para lograr requisitos de circuito específicos:
Configuración de serie
Cuando los condensadores están conectados en serie, la capacitancia total disminuye, pero el voltaje aumenta. La fórmula para calcular la condensación total en serie es:
Configuración paralela
Cuando los condensadores están conectados en paralelo, sus capacitancias aumentan, aumentando la capacitancia total. La fórmula es:
Limitaciones en el mundo real
Si bien los condensadores ideales tendrían características perfectas, los condensadores reales tienen limitaciones:
- Leakage Current:Corrientes pequeñas corrientes a través de la dieléctrica, causando descarga gradual.
- Resistencia de la Serie Equivalente (ESR):La resistencia interna provoca pérdida de energía y calefacción.
- Absorción Diéctrica:Los organizadores pueden retener una carga parcial después de ser despedidos.
- Clasificación de tensión:Exceder el voltaje máximo puede causar descomposición dieléctrica.
- Sensibilidad de la temperatura:La animación puede variar con temperatura, especialmente en condensadores de cerámica.
Comprender estos aspectos fundamentales de los condensadores es esencial para utilizarlos eficazmente en circuitos electrónicos y apreciar su papel en aplicaciones de almacenamiento energético.
Capacitor Energy Formula
La energía almacenada en un condensador es el trabajo realizado para cargarla. Esta energía se almacena en el campo eléctrico entre las placas.
Derivación matemática
Al cargar un condensador, el trabajo debe hacerse contra el campo eléctrico que se acumula entre las placas. La energía almacenada representa el trabajo acumulativo requerido para mover toda la carga de una placa a otra.
Donde:
- E = Energía almacenada (J)
- C = Capacidad (F)
- V = Voltaje (V)
Fórmulas energéticas alternativas
La energía almacenada en un condensador se puede expresar de diferentes maneras, dependiendo de qué variables se conocen:
Usando carga y capacitancia:
E = Q²/(2C)
Donde Q es la carga en coulombs
Usando carga y tensión:
E = QV/2
Donde Q es la carga y V es el voltaje
Energy Density
La densidad energética de un condensador es la cantidad de energía almacenada por volumen de unidad. Para un condensador de placa paralela con área de placa A y distancia de separación d:
Densidad energética = 1⁄2 × ε × E2
Donde ε es la permitibilidad de la dieléctrica y E es la fuerza de campo eléctrico (V/m)
Esto demuestra que los condensadores con materiales de autorización más altos y aquellos que pueden soportar campos eléctricos más fuertes pueden almacenar más energía en un volumen dado.
Observe que la energía almacenada en un condensador es proporcional a la plaza del voltaje (V2). Esto significa que duplicar el voltaje cuadruplica la energía almacenada, destacando por qué el voltaje es crítico en la selección de condensadores.
Cómo calcular
Para calcular la energía del condensador, siga estos pasos:
-
1Medir la capacitancia del condensador
-
2Medir el voltaje a través del condensador
-
3Colocar el voltaje
-
4Multiply por la mitad de la capacitancia
Concitaciones comunes
Valores comunes del condensador:
- Electrolítico: 1 μF a 10000 μF
- Cerámica: 1 pF a 1 μF
- Tantalum: 0.1 μF a 1000 μF
- Película: 0,001 μF a 100 μF
- Supercapacitor: 0.1 F a 5000 F
Los valores de animación pueden variar con temperatura, frecuencia y tensión. Los valores dados son rangos típicos.
Ejemplos prácticos
Ejemplo 1Capacitor estándar
Calcular la energía almacenada en un condensador de 100 μF cargado a 12V.
C = 100 × 10⁻⁶ F
V = 12 V
E = ½ × 100 × 10⁻⁶ × 12² = 0.0072 J
Ejemplo 2Supercapacitor
Calcular la energía almacenada en un supercapacitor 1F cargado a 2.7V.
C = 1 F
V = 2.7 V
E = ½ × 1 × 2.7² = 3.645 J