¿Cómo funciona la energía de un condensador de manera uniforme?

Los condensadores no almacenan carga. Esa es una declaración sin valor porque se basa en esta palabra "cargo" que tiene múltiples significados. Por favor, olvida que alguna vez lo escuchaste. Tampoco suavizan la energía. Lo que suavizan es el voltaje.

Responderé tu pregunta, pero primero debes entender realmente cómo funcionan los condensadores.

Lo que almacenan los condensadores es energía. La materia que fluye en los circuitos eléctricos es carga eléctrica . Medimos la tasa de flujo de carga en amperios. La cantidad de carga se mide en coulombs. Debido a que la carga nunca se crea ni se destruye , cuando estamos midiendo la carga, generalmente contamos la carga que fluye por una puerta metafórica. Excepto por algunos circuitos muy extraños, la carga total en un dispositivo electrónico también es constante. Es muy parecido a un sistema hidráulico cerrado: contiene algo de líquido y puede moverlo, pero ninguno entra ni se filtra. Puedes contar cuánto líquido fluye más allá de algún punto, pero debe provenir de algún lugar y debe ir a otro lugar.

Imagina que tuvieras un vaso esférico lleno de líquido. En el centro del recipiente hay una placa de goma que puede estirar al empujar el fluido en un lado y bombearlo por el otro. Así es como es un condensador:

Estoprovienedelasexcelentes ideas erróneas sobre los condensadores de Bill Beaty.

Cuando empuja el agua en un lado, debe salir una cantidad igual de agua por el otro lado. Además, una vez que esta membrana de goma se estira, quiere volver a ser recta. Por lo tanto, la presión del agua en un lado será más alta que la otra. Si tuviera que quitar los tapones y reemplazarlos con una manguera, el agua fluiría hasta que la goma no se estirara.

Ahora reemplace "agua" con "carga eléctrica", y "presión" con "voltaje", y tendrá un condensador.

Ahora imagine dos embarcaciones, una del tamaño de una pelota de golf y otra del tamaño de una piscina. Cada uno tiene una membrana de elasticidad idéntica en el medio. Si bombea una cucharada de agua a través del recipiente del tamaño de una pelota de golf, la membrana se estirará mucho y, por consiguiente, la diferencia de presión entre los lados será grande. Si haces lo mismo con la embarcación del tamaño de una piscina, la membrana apenas se moverá y la diferencia de presión será un poco más que nada.

Esto es lo que capacitancia es. Le indica, para una cantidad dada de agua movida, cuál es la diferencia de presión. Le indica, para una cantidad determinada de carga eléctrica movida a través del condensador, cuál será el voltaje. Se define como:

$$ C = {q \ over V} $$

Donde:

• \ $ C \ $ es capacitancia, medida en faradios,
• \ $ q \ $ se carga movido a través del condensador, medido en coulombs, y
• \ $ V \ $ es voltaje, mida en (usted lo adivinó) voltios.

No te obsesiones con "coulomb". Un coulomb es la cantidad de carga que pasa por un punto si fluye 1 amperio durante 1 segundo. O bien, 2 amperios por medio segundo. O, 1/2 amperio por 2 segundos.

Si tomó el cálculo, reconocerá que la carga es la integral de la corriente. En otras palabras, la carga es la corriente como la distancia es la velocidad. Puedes reemplazar "amperio" por "coulomb por segundo", las unidades son exactamente iguales.

Usando ese conocimiento y un poco de cálculo básico, la capacitancia también se puede definir en términos de voltaje y corriente:

$$ {\ mathrm d V (t) \ over \ mathrm d t} = {I (t) \ over C} $$

Lo que esto dice es: la tasa de cambio de voltaje en el tiempo (voltios por segundo) es igual a la corriente (amperios o coulombs por segundo) dividida por la capacitancia (faradios).

Si tiene un condensador de 1 faradio y está moviendo 1 amperio (1 culombio por segundo) a través de él, el voltaje a través del condensador cambiará a una velocidad de 1 voltio por segundo.

Si duplica esa capacitancia, entonces la tasa de cambio de voltaje será la mitad.

Y aquí, creo, está la respuesta a tu pregunta. Con frecuencia, los condensadores se colocan a través de la fuente de alimentación para mantener estable el voltaje. Esto funciona porque cuanto más capacitancia tenga, más difícil será cambiar el voltaje, ya que requiere más corriente para hacerlo.

En esta aplicación, los condensadores no suavizan energía , sino que suavizan voltaje . Lo hacen proporcionando un almacenamiento de energía del que la carga puede consumir en momentos de alta corriente transitoria. Esto facilita el trabajo de la fuente de alimentación porque no tiene que lidiar con cambios altos en la corriente. En efecto, el condensador ayuda a promediar la demanda actual de la carga como lo ve la fuente de alimentación.

Los condensadores de suavizado se usan para suprimir las ondulaciones de voltaje, generalmente en las líneas de suministro de energía. Lo hacen almacenando y rellenando energía periódicamente. La imagen a continuación muestra un caso de uso muy común de estos condensadores en un puente rectificador completo.

Comopuedever,elcondensadordesuavizadodescargayreponeenergíacuandoelvoltajedesalidacae.Esto"nivela" la tensión de salida, por lo que este condensador se denomina "condensador de suavizado".

Los condensadores están ahí para darle la ilusión a su carga de que están conectados a una fuente de voltaje ideal.

Por ejemplo, su fuente de energía tiene cierta resistencia interna y puede haber una inductancia significativa debido a los cables largos.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Agregar el capacitor permite que la carga vea un Vs aproximado cuando el interruptor se abre / cierra. De lo contrario, habrá una tensión de alimentación variable cuando la carga se abra / cierre.

Sí, funciona básicamente de la misma manera. Sin embargo, un condensador generalmente tiene una capacidad menor que, por ejemplo, una batería. Cuando conecta una carga a un capacitor, su carga y voltaje disminuirán con el tiempo. Por eso se llama suave. Una batería hace eso exactamente de la misma manera pero mucho, mucho más lenta, debido a la mayor capacidad.

También hay suavidad en el sentido de suavizar una señal de voltaje. Si cargamos y descargamos un capacitor al mismo tiempo con alguna señal de voltaje variable, comprenderá que el capacitor se carga en los flancos ascendentes. En los bordes descendentes, el condensador "ayuda" a la otra fuente de alimentación, lo que hace que el borde descendente sea más suave. Eventualmente esto puede llevar a un voltaje casi constante.

Imagina un condensador como un vaso de agua con un orificio. Así que no importa qué tan rápido llenes el vaso, la salida a través del orificio es aproximadamente la misma. Así es exactamente cómo funciona un condensador, primero se carga, luego proporciona una salida que filtra el ruido y proporciona una salida limpia, independientemente de cómo fluctúe la entrada.