¡Estoy confundido con esto! ¿Cómo bloquea un condensador corriente continua?
La cantidad de carga que se desarrolla en las placas de un capacitor con un voltaje dado en sus terminales está gobernada por la fórmula:
\$ Q = C \times V \$ (carga = capacitancia * voltaje)
Diferenciando ambos lados (la corriente es la derivada temporal de la carga), se obtiene:
\$ I = C \times \dfrac {dV}{dt} \$ (corriente = capacitancia * la tasa de cambio en el voltaje)
Un voltaje de corriente continua es lo mismo que decir \$ \dfrac{dV}{dt} = 0 \$.
Entonces, un capacitor no permite que haya corriente "a través" de él para voltaje de corriente continua (es decir, bloquea la corriente continua).
El voltaje a través de las placas de un capacitor también debe cambiar de manera continua, por lo que los capacitores tienen el efecto de "mantener" un voltaje una vez que se cargan, hasta que ese voltaje se pueda descargar a través de una resistencia. Un uso muy común de los capacitores es estabilizar voltajes de alimentación y desacoplar los rieles de tierra.
La calificación de voltaje es cuánto voltaje se puede aplicar a través de las placas antes de que las fuerzas electrostáticas descompongan las propiedades materiales del material dieléctrico entre las placas, dejándolo inservible como capacitor :).
Mi respuesta a tales preguntas siempre es "agua". El agua que fluye a través de tuberías es una analogía sorprendentemente precisa para la corriente que fluye a través de cables. La corriente es cuánta agua fluye a través de una tubería. La diferencia de voltaje se convierte en la diferencia de presión del agua. Se supone que las tuberías deben estar planas, para que la gravedad no juegue ningún papel.
En tal analogía, una batería es una bomba de agua, y un capacitor es una membrana de goma que bloquea completamente la tubería. La corriente continua es agua que fluye constantemente en una dirección a través de una tubería. La corriente alterna es agua que fluye de un lado a otro todo el tiempo.
Con esto en mente, debería ser obvio que un capacitor bloquea la corriente continua: ya que la membrana solo puede estirarse hasta cierto punto, el agua no puede seguir fluyendo en la misma dirección. Habrá cierto flujo mientras la membrana se estira (es decir, el capacitor se carga), pero en algún momento se estirará lo suficiente como para equilibrar completamente la presión del agua, bloqueando así cualquier flujo adicional.
También es obvio que un capacitor no bloqueará completamente la corriente alterna, pero depende de las propiedades de la membrana. Si la membrana es lo suficientemente elástica (alta capacitancia), no representará ningún desafío para el agua que fluye de un lado a otro rápidamente. Si la membrana es realmente bastante rígida (por ejemplo, una lámina delgada de plástico), esto corresponde a una baja capacitancia, y si el agua fluye de un lado a otro lentamente, dicho flujo se bloqueará, pero las oscilaciones de muy alta frecuencia aún pasarán.
Esta analogía ha sido excepcionalmente útil para mí, por lo que realmente me pregunto por qué no se usa más ampliamente.
En primer lugar, un capacitor bloquea corriente continua y tiene una impedancia más baja para corriente alterna, mientras que un inductor tiende a bloquear corriente alterna pero permite pasar corriente continua con facilidad. Cuando decimos "bloquear", nos referimos a que ofrece una alta impedancia a la señal de la que estamos hablando.
Primero, sin embargo, necesitamos definir algunos términos para explicar esto. ¿Sabes qué es la resistencia, verdad? La resistencia es la oposición al flujo de corriente que resulta en la disipación de potencia, medida en vatios. No importa si la corriente es alterna o continua, la potencia disipada por una resistencia perfecta es la misma cantidad en ambos casos.
Entonces, la resistencia es un tipo de "impedancia" al flujo de corriente. Hay otros 2 tipos - "reactancia inductiva" y "reactancia capacitiva". Ambos se miden en ohmios, al igual que la resistencia, pero son diferentes en que, por un lado, varían con la frecuencia y, por otro lado, en realidad no consumen potencia como lo hace una resistencia. Así que en conjunto, hay 3 tipos de impedancia - resistiva, inductiva y capacitiva.
La cantidad de bloqueo o impedancia de los inductores en ohmios se puede determinar por:
$$X_L = 2\pi fL$$
Donde 2pi es aproximadamente 6.28, f es la frecuencia (AC, obviamente) de una señal, L es la inductancia medida en henrios, y donde "X sub L" es la reactancia inductiva en ohmios.
La reactancia inductiva es la impedancia de un componente debido a su inductancia; es un tipo de resistencia, pero en realidad no disipa potencia en vatios como lo hace una resistencia, y dado que se necesita suministrar la frecuencia "f", su valor varía con la frecuencia para un inductor dado.
Observa que a medida que la frecuencia aumenta, también lo hace la impedancia (resistencia de CA) en ohmios. Y nota que si la frecuencia es cero, entonces también lo es la impedancia - una frecuencia de cero significa corriente continua, por lo que los inductores prácticamente no tienen resistencia al flujo de corriente continua. Y a medida que la frecuencia aumenta, también lo hace la impedancia.
Los capacitores son lo opuesto: la fórmula para la reactancia capacitiva es
$$X_C = \frac{1}{2\pi fC}$$
Aquí, C es la capacitancia del capacitor en faradios, "2pi" y "f" son iguales que anteriormente, y "X-sub-C" es la reactancia capacitiva en ohmios. Observa que aquí, la reactancia es "uno dividido por" la frecuencia y la capacitancia - esto resulta en valores de impedancia que disminuyen con la frecuencia y la capacitancia. Entonces, si la frecuencia es alta, la impedancia será baja, y si la frecuencia está cerca de cero, que es corriente continua, la impedancia será casi infinita - en otras palabras, los capacitores bloquean corriente continua, pero permiten pasar corriente alterna, y cuanto mayor es la frecuencia de la señal de CA, menor es la impedancia a esta.
Me inclinaré por el enfoque de respuesta cualitativa de menor extensión:
Un condensador entre los rieles de CC está ahí, de hecho, para cortocircuitar cualquier señal de CA que de otra manera podría llegar a los rieles de suministro, por lo que la cantidad de CA en tu circuito de CC se reduce.
La clasificación de voltaje en un capacitor es el voltaje máximo (¡suma de CC y cualquier CA presente!) que el capacitor debería ver. Si se excede este voltaje, el capacitor fallará.
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Si aplicas una fuente de corriente continua a un capacitor, pasará CC perfectamente. (¡La tensión aumentará hasta que el capacitor explote, por supuesto...)
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Si aplicas voltaje de corriente continua a un capacitor, al principio no está bloqueado en absoluto. Eventualmente, el capacitor se carga y emite su propia corriente continua. En ese momento, no fluye corriente a través de él.