NO ME SALEN
   (APUNTES TEORICOS Y EJERCICIOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   ELECTRICIDAD

 

 
EM16) Se tienen tres capacitores, de capacitancias C1>C3>C2, inicialmente descargados. Se conectan en serie entre sí y con una batería de 10V, entonces:
a) V1<V3<V2   y  q1=q2=q3         b) V1=V2=V3     y   q1< q3< q2
c) V1=V2=V3   y  q1>q3>q2         d)V1>V3>V2      y   q1> q3 >q2  
e) V1=V2=V3   y  q1=q2=q3         e) V1>V3>V2     y 
  q1=q2=q3
 
Este ejercicio es una papa atómica... pero viene al pelo para repasar algunos conceptos FUNDAMENTALES de los capacitores. Acá van.    

   

¿Cuáles son esas cosas que tenemos que saber sobre los capacitores y que resulta imperdonable ignorarlas?

Primero: los capacitores que están agrupados en serie tienen la misma carga. Fijate que en mi esquemita le puse la misma cantidad de carguitas a cada uno, justamente para reflejar esa propiedad. ¿Por qué ocurre esto? Es muy sencillo: mirá -por ejemplo- la placa derecha del capacitor 1, el cable que lo une con el capacitor 2 y la placa izquierda del capacitor 2. Te lo dibujo abajo y en verde por si te perdiste:

   
   

Se trata de un conjunto de metal, conductor, e inicialmente descargado, como todos los metales que andan por ahí. Si en un extremo cualquier de ese conductor verde se ejerce una atracción fuerte hacia cargas negativas (por ejemplo) esas cargas negativas van a migrar hacia ese lugar de fuerte atracción, dejando igual cantidad de cargas positivas en otro lugar... que ya sabrán dónde ubicarse. A menos que haya un camino para la fuga de cargas (que acá no lo hay) siempre que un conductor inicialmente neutro se carga, se carga por igual con cargas de signo opuesto. Las atracciones que produce la pila lo que hace es separar cargas (positivas y negativas) que, por lo tanto, resultarán en cantidades iguales.

Lo mismo pasa en el otro conductor que une una placa del capacitor 2 con una placa del capacitor 3. En conclusión: todos los capacitores en serie poseen la misma carga.

Q1 = Q2 = Q3

Ahora que sabemos que los tres capacitores tienen la misma carga veamos qué ocurre dentro de cada capacitor. La relación que echa luz al respecto es:

V C = Q

Que nos muestra claramente que el voltaje y la capacidad son magnitudes inversamente proporcionales. O sea: cuanto mayor sea la capacidad menos tensión habrá entre las cargas. Dicho de otro modo: cuanto más lugar haya más cómodas se van a sentir. O viceversa: cuanto más chico sea el capacitór mayor tensión habrá entre las cargas, más incómodas y apretujadas van a tener que convivir.

Por lo tanto como C1>C3>C2 obtendremos V2>V3>V1. Si de esto querés una demostración algebraica, hacelo vos... pero no arrugues.

 

a)    V1<V3<V2   y  q1=q2=q3

 

Yo, en cambio voy a hacer otra cosa. Voy a poner un ejemplo numérico para mostrarte otra relación más que no debés olvidar nunca y que me parece que te va a quedar más grabada si en lugar de desarrollarlo en abstracto le pongo valores concretos.

La pila -lo indica el enunciado- tiene 10 V. Inventemos capacidades para para los capacitores, por ejemplo: C1= 100 mF, C2= 20 mF, C3= 25 mF

Para conocer la carga del conjunto (que será la misma carga de cada uno) hay que reemplazar la sere por su equivalente:

 
  1 = 1 + 1 + 1    




 CES C1 C2 C3
 

Ce = 10 mF

Por lo tanto la carga será:

Q = V C = 10 V . 10 mF = 100 mC

100 milicoulombs es la carga que hay en cada capacitor, que es lo mismo que acumularía el capacitor equivalente. Ahora veamos cuánto valdría el potencial en cada capacitor:

V1 = Q / C1= 100 mC / 100 mF = 1 V

V2 = Q / C2= 100 mC / 20 mF = 5 V

V3 = Q / C3= 100 mC / 25 mF = 4 V

Acá llegamos a la segunda lección FUNDAMENTAL de los capacitores en serie: la suma de los potenciales de cada uno de ellos es igual al potencial del conjunto, o sea el potencial del equivalente de la serie.

 
Desafío:Ahora hacé lo mismo pero con los tres capacitores en paralelo, y encontrá las dos propiedades FUNDAMENTALES de la agrupación paralelo.  
   
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