La capacitancia entre dos
electrodos puede ser definida para propósitos de medición como la carga
almacenada por diferencia de potencial unidad entre ellos. Depende de su área,
espaciamiento, y el carácter de material o materiales dieléctricos, que son afectados
por el campo eléctrico entre ellos. El valor de un condensador, medido en
faradios o un submúltiplo de esta unidad, será influida bastante generalmente
por la temperatura, presión, o cualquier condición ambiental que cambia las
dimensiones o espaciamiento de los electrodos o las características del
dieléctrico. La constante dieléctrica de un material se define como el ratio de
la capacitancia de un par de electrodos, con el material ocupando todo el
espacio afectado por el campo entre ellos, respecto a la capacitancia de la
misma configuración del electrodo en vacío.
En el sistema mksa de unidades
eléctricas, donde:
V es la velocidad de la
luz en el vacío en metros por segundo. La capacitancia se mide en faradios por
metro. La capacitancia de tal condensador es alrededor de 2pF/m. Una
realización práctica de tales condensadores consiste en cuatro varillas
cilíndricas cercanamente espaciadas con sus ejes en paralelo y en las esquinas
de un cuadrado. Dispuestas como condensadores de tres terminales y con el
efecto del extremo eliminado, su valor puede ser computado exactamente y su
longitud efectiva puede ser medida.
La capacitancia de los
condensadores de vacío con electrodos de geometría simple puede ser computada
aproximadamente en unos pocos casos: (1) Placas planas, paralelas con anillo de
protección, C = 0,08854 A/t pF, donde A es un área de placa de protección en
centímetros cuadrados y t es el espaciamiento en centímetros entre electrodos;
si las dimensiones son en unidades de pulgada, C = 0,2249A/t. (2) Cilindros
coaxiales con cilindros de protección en ambos extremos, C = 0,24161 L/log
(R2/R1) pF por unidades de centímetros, o C = 0,6137 L/log (R2/R1)
pF por unidades de pulgadas, donde L es la longitud del cilindro de protección,
R1 es el radio del cilindro interior, y R2 el radio del
cilindro exterior. (3) Esferas concéntricas, donde R1 es el radio de
la esfera interior y R2 es el radio de la esfera exterior, C =
1,1127R1R2/(R2 – R1) pF por
unidades de centímetros, o C = 2,8262R1R2/(R2
– R1) pF para unidades de pulgadas. Estas fórmulas dan sólo valores
aproximados debido a que no contribuyen al campo más allá de los bordes en las
superficies delimitadoras y no tienen en cuenta posible excentricidad, falta de
paralelismo de superficies, anchura finita de huecos entre resguardo y
electrodo de trabajo, etc., todos los cuales requerirán pequeños términos de
corrección.
Los condensadores
estándar a niveles de hasta 103 pF son generalmente una variedad de
placas-paralelas-múltiples con gas seco (aire o nitrógeno) y un dieléctrico. El
coeficiente de baja temperatura es asegurado por el uso de Invar – una aleación
de baja expansión – como material de electrodo y buen grado de estabilidad se
alcanza por un montaje cuidadoso libre de tensiones de componentes
completamente recocido y sellando herméticamente la unidad. Se ha alcanzado muy
alto grado de estabilidad en construcción de sólido-dieléctrico en el nivel
10-pF en el que un disco de sílice fundido es proporcionado con electrodos de
plata. La capacitancia directa se realiza a través del interior del disco entre
sus caras paralelas, y un revestimiento de plata en la cara del cilindro actúa
como protección del electrodo y confina el campo. Huecos muy estrechos en los
bordes del disco entre la protección y los electrodos activos, junto con la
continuación del apantallamiento en la disposición de montaje, eliminan la
posibilidad de cualquier porción de capacitancia medida a través de una
trayectoria exterior entre los electrodos de placa paralela. El ensamblaje es
sellado herméticamente en nitrógeno seco, en un montaje resistente al choque
montado junto con un termómetro de resistencia de forma que las correcciones de
temperatura puedan ser aplicadas exactamente. Standards de este tipo han
mostrado variaciones menores de 1 parte en 107 en intervalos de un
año. De 103 pF a 1 𝛍F,
los condensadores estándar generalmente tienen mica como dieléctrico. Los
electrodos pueden ser láminas metálicas puestas entre láminas de mica, el
ensamblaje impregnado con parafina, y cera colocada a alta presión. En una
construcción alternativa, las láminas de mica son plateados, ensambladas bajo
presión, y el ensamblaje sellado herméticamente. Ninguna construcción es tan
estable a lo largo del tiempo como las unidades de aire dieléctrico de bajo
valor, y las unidades de mica se caracterizan por ángulos bajos pero
apreciables, mientras que el ángulo de pérdida de los estándares de aire
dieléctrico son despreciables en casi todas las aplicaciones. Los condensadores
de aire ajustable continuamente tienen dos pilas de placas metálicas paralelas
intercaladas. La máxima capacitancia ocurre cuando las placas fijas y móviles
se solapan completamente; el mínimo, un pequeño valor pero no cero, ocurre a
180 º de esta posición.
Se requiere una
construcción de tres terminales si el valor del condensador es definido e
independiente de su proximidad a otros objetos. En una disposición de dos
terminales, cada uno de los electrodos tiene alguna capacitancia a objetos de
los alrededores o a tierra que pueden depender del espaciamiento y que
actualmente forman un segundo circuito de capacitancia en paralelo con el
condensador de interés. Una segunda
ventaja de la construcción de tres terminales es que la capacitancia directa
entre los dos electrodos encerrados puede ser libre de pérdidas, ya que el
aislamiento sólido requerido para soportarlas mecánicamente puede estar en las
capacitancias auxiliares entre el electrodo de pantalla y los electrodos
apantallados.
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