Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

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Capacitores y Capacitancia


Los capacitores son componentes esenciales en los circuitos eléctricos y electrónicos. Para entender los capacitores, primero debemos comprender el concepto de capacitancia, que es una medida de la capacidad de un capacitor para almacenar carga eléctrica. En esta guía, exploraremos los capacitores, cómo funcionan, qué es la capacitancia y las diversas aplicaciones de los capacitores.

¿Qué es un capacitor?

Un capacitor es un dispositivo que almacena energía eléctrica en un campo eléctrico. Consiste en dos conductores separados por un dieléctrico (un material aislante). Cuando se aplica voltaje a los conductores, fluye corriente eléctrica, y la carga se acumula en los conductores, creando un campo eléctrico a través del dieléctrico.

Q = C × V

En la ecuación anterior:

  • Q es la carga (en culombios) almacenada en el capacitor.
  • C es la capacitancia del capacitor (en faradios).
  • V es el voltaje (en voltios) a través del capacitor.

Ejemplo visual de un capacitor

La figura anterior muestra un capacitor simple con dos placas conductoras paralelas separadas por un material aislante.

Comprensión de la capacitancia

La capacitancia se define como la capacidad de un capacitor para almacenar carga eléctrica por unidad de voltaje. La unidad de capacitancia es el faradio (F), que es una unidad grande. Normalmente, los valores de los capacitores están en microfaradios (μF), nanofaradios (nF) o picofaradios (pF).

La capacitancia de un capacitor depende de tres factores principales:

  1. Área de las placas: Un área de placa más grande resulta en mayor capacitancia, ya que se puede almacenar más cantidad de carga.
  2. Distancia entre las placas: Una distancia menor entre las placas aumenta la capacitancia porque la fuerza del campo eléctrico dentro del dieléctrico aumenta.
  3. Material dieléctrico: El tipo de material dieléctrico entre las placas afecta la capacitancia. Materiales con alta constante dieléctrica tienen alta capacitancia.

Ecuación de la capacitancia

La capacitancia C de un capacitor de placas paralelas se puede calcular usando la fórmula:

C = (ε × A) / d

En esta ecuación:

  • ε es la permitividad del material dieléctrico entre las placas.
  • A es el área de una placa.
  • d es la distancia entre las placas.

Principio de funcionamiento de un capacitor

Inicialmente, cuando se aplica un voltaje a un capacitor, se forma un campo eléctrico a través del dieléctrico a medida que los electrones se acumulan en una placa y dejan la otra. Con el tiempo, la carga se acumula y la energía se almacena como un campo electrostático. Cuando el circuito necesita energía, el capacitor puede liberar esta energía almacenada, descargando su carga eléctrica almacenada.

Visualización del campo eléctrico en un capacitor

La línea azul entre las placas simboliza el campo eléctrico producido cuando el capacitor está cargado.

Tipos de capacitores

Existen muchos tipos de capacitores, cada uno con sus propias características y usos distintivos. Algunos de los tipos comunes son los siguientes:

  • Capacitores cerámicos: Conocidos por su pequeño tamaño y propiedades eléctricas estables. Usados en aplicaciones de alta frecuencia.
  • Capacitores electrolíticos: Conocidos por sus altos valores de capacitancia y son adecuados para aplicaciones de filtrado de fuentes de alimentación.
  • Capacitores de película: Conocidos por su estabilidad y fiabilidad. Usados en aplicaciones de audio, energía y alta tensión.
  • Capacitores de tántalo: Conocidos por su tamaño compacto y su uso en dispositivos portátiles.

Aplicaciones de los capacitores

Los capacitores desempeñan un papel importante en una variedad de circuitos y aplicaciones electrónicas, incluyendo:

  • Almacenamiento de energía: Los capacitores almacenan energía y proporcionan energía cuando se necesita, como en la fotografía con flash.
  • Filtrado de señales: En aplicaciones de audio y procesamiento de señales, los capacitores filtran frecuencias no deseadas.
  • Condicionamiento de energía: Los capacitores estabilizan el voltaje y el flujo de energía en los circuitos electrónicos.
  • Circuitos de sintonización: Los capacitores se utilizan con inductores para sintonizar receptores de radio y televisión a frecuencias específicas.
  • Arranque de motor: En motores eléctricos, los capacitores proporcionan desplazamiento de fase para el par de arranque.

Circuitos de capacitores en serie y paralelo

Los capacitores se pueden conectar en arreglos en serie o en paralelo, lo que afecta la capacitancia total.

Capacitores en serie

Cuando los capacitores están conectados en serie, la capacitancia total Ct se da por:

1/Ct = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... + 1/Cn

La capacitancia total es menor que cualquier capacitor en serie.

Capacitores en paralelo

Cuando los capacitores están conectados en paralelo, la capacitancia total Ct es simplemente:

Ct = C1 + C2 + C3 + ... + Cn

La capacitancia total es igual a la suma de todas las capacitancias individuales.

Resumen

Los capacitores son componentes importantes en física e ingeniería, especialmente en el campo de la electrónica. Almacenan energía eléctrica, filtran señales y estabilizan voltajes. Comprender la capacitancia y cómo funcionan los capacitores es crucial para diseñar y trabajar con sistemas electrónicos modernos. Esta guía proporciona una visión general de los capacitores, la capacitancia y el rol de los capacitores en diversas aplicaciones. Al dominar los conceptos de capacitancia, apreciar los diferentes tipos de capacitores y comprender sus aplicaciones, puedes aprovechar el poder de los capacitores en situaciones prácticas.


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