Page 532 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

26.1 Limitaciones al cargar un conductor 513

Objetivos

Cuando termine de estudiar este capítulo el alumno:
1. Definirá capacitancia y aplicará una relación entre capacitancia, voltaje* aplica­
do y carga total.
2. Calculará la capacitancia de un condensador de placas paralelas cuando se co­
noce el área de las placas y su separación en un medio de constante dieléctrica
conocida.
3. Escribirá y aplicará expresiones para calcular la constante dieléctrica como una
función del voltaje, del campo eléctrico o de la capacitancia antes y después
de la inserción de un dieléctrico.
4. Calculará la capacitancia equivalente de cierto número de condensadores co­
nectados en serie y en paralelo.
5. Determinará la energía de un condensador cargado, cuando se cuenta con la
información apropiada.
Cualquier conductor cargado puede considerarse un depósito o una fuente de carga eléctrica.
Si un alambre conductor se conecta a ese depósito, la carga eléctrica puede transferirse para
llevar a cabo un trabajo útil. En numerosas aplicaciones eléctricas se almacenan grandes can­
tidades de carga en un conductor o en un grupo de conductores. Cualquier aparato diseñado
para guardar carga eléctrica se llama condensador o capacitor. En este capítulo estudiaremos
la naturaleza y las aplicaciones de estos dispositivos.

Limitaciones al cargar un conductor

¿Cuánta carga eléctrica puede contener un conductor? En la práctica, ¿hay un límite en cuanto al
número de electrones que pueden transferirse a un conductor o ser transferidos desde él? Supon­
ga que se conecta un gran depósito de cargas positivas y negativas, como la Tierra, a un objeto
conductor, como se muestra en la figura 26.1a. La energía necesaria para transferir electrones
de la Tierra al conductor puede proporcionarla un aparato eléctrico llamado batería. Cargar el
conductor es como bombear aire en un tanque vacío de acero (véase la figura 26.1b). Cuanto
más aire se bombea al tanque, más aumenta la presión que se opone al flujo de más aire. De for­
ma similar, cuanto más carga Q se transfiere al conductor, el potencial V del conductor se eleva,
lo que dificulta transferirle más carga. Se dice que el aumento del potencial V es directamente
proporcional a la carga Q que soporta el conductor. Simbólicamente esto se expresa así:
VexQ

Figura 26.1 La carga de un conductor es como bombear aire a un tanque de acero vacío.

*A la diferencia entre los potencíales de dos puntos de un circuito, se le puede llamar también voltaje o tensión. Cuando se
pasa a través de un elemento de un circuito se produce una caída de potencial o un voltaje negativo. Y a la diferencia de
potencial producida por los generadores, capaz de elevar las cargas eléctricas de un potencial a otro más alto, es decir, una
subida de potencial se le conoce como fuerza electromotriz. La fuerza electromotriz (fem) de un generador es la diferencia
de potencial que se mide en sus bornes (sus puntas) cuando está en circuito abierto, es decir, sin suministrar corriente. Una
fuente de voltaje es una fem.