¿Cómo puedo mejorar un simple condensador casero?

Question

Le estaba explicando a mi hijo que un condensador es simplemente 2 láminas separadas por un dieléctrico y enrolladas y me dijo: "¿podemos hacer uno entonces?".

Voy a intentarlo. Utilicé papel de aluminio doméstico y un poco de papel pergamino. Corté el papel de aluminio en dos tiras, de unos 100 mm por 200 mm, coloqué papel pergamino entre ellas, introduje un clip en cada una y lo enrollé bien. Estoy bastante satisfecho de haber hecho uno que prueba 9 nF de forma consistente.

Pero si quiero tener algo lo suficientemente grande como para que podamos seguir encendiendo un LED con él durante un tiempo apreciable una vez que quitemos la batería, 9 nF no es ni mucho menos suficiente. ¿Qué deberíamos probar a continuación para conseguir, con suerte, unos cuantos órdenes de magnitud más de capacitancia?

Answer 1

Corté el papel de aluminio en dos tiras, de unos 100 mm por 200 mm, coloqué pergamino papel pergamino entre ellas, inserté un clip en cada una y la enrollé bien. Estoy bastante satisfecho de haber hecho una que prueba 9 nF de forma consistente.

Hice un condensador del mismo tamaño que el tuyo, pero utilicé film transparente (también conocido como 'Saran wrap') como aislante, y obtuve 37 nF. El film transparente está hecho de un plástico llamado cloruro de polivinilideno (PVDC), que tiene una constante dieléctrica de 3,9 a 1 kHz. Después de cargarlo a 9 V obtuve un destello perceptible de un LED blanco superbrillante de 5 mm.

Answer 2

¿con suerte, nos dará unos cuantos órdenes de magnitud más de capacidad?

La sugerencia sobre la envoltura de Saran es buena, pero la forma más fácil de conseguir unos cuantos órdenes de magnitud es recordar la ecuación del condensador y aumentar el área. 100mm x 200mm está muy bien, pero ¿qué pasa si utilizas un rollo entero de lámina + aislante? Con un poco de cuidado podrías poner los dos rollos de origen uno al lado del otro y enrollarlos uniformemente en un tubo de cartón o husillo de destino.

La siguiente fuente de mejora es reconocer que los condensadores (curva de voltaje enorme) y los LED (voltaje constante) están muy mal combinados. Si construyeras un pequeño convertidor buck podrías cargar el condensador a un voltaje más alto, almacenando así más energía para el mismo número de faradios. Sin embargo, es mejor mantenerlo por debajo de 50V.

Answer 3

La ecuación para la capacitancia de un condensador de placa es...
C = E0 * Er * A / D

C = Capacitancia en Faradios
E0 = Permitancia del espacio libre = 8,854 pF / m
Er = Permisividad relativa del dieléctrico
A = Área de las placas en metros cuadrados
D = La distancia entre las placas en metros

Para aumentar la capacidad, puedes hacer cualquiera de las siguientes cosas...

• Aumentar la superficie (utilizar más láminas)
• Disminuir la distancia (utilizar un aislante más fino)
• Utilizar un material dieléctrico con mayor permitividad relativa (Er)
• Utilizar un dieléctrico húmedo

Capacidad teórica de un condensador de 100 mm x 200 mm fabricado con distintos materiales.

• Seran Wrap (polietileno): E0 x 2,3 100mm x 200mm / 12,7um = 32,1nF
• Papel de cera: E0 x 2,5 100mm x 200mm / 25um = 17,7nF
• Papel de impresora de 20GSM: E0 x 2,3 x 100mm x 200mm / 100um = 4,1nF

Normalmente no es posible (especialmente con un condensador casero) hacer un contacto perfecto entre la lámina y un material dieléctrico sólido. Esto tendrá el efecto de aumentar D así como de reducir la Er efectiva. Por lo tanto, la capacitancia real será probablemente menor que la calculada anteriormente.

UTILIZAR UN DIELÉCTRICO HÚMEDO
El uso de un dieléctrico húmedo permite que el dieléctrico entre en contacto con la lámina de aluminio sin que haya huecos debidos a la rugosidad de la superficie. Además, hay muchos líquidos no conductores fácilmente disponibles que tienen valores Er muy altos.

La glicerina es una buena opción. Tiene Er = 47-68, no es tóxica, no se evapora, y es fácil de conseguir en lugares como Walmart en las secciones de loción para manos o de farmacia. Para utilizarla, impregne un trozo de papel fino con la glicerina y luego coloque el papel entre su lámina como de costumbre.

• Papel de impresora 20GSM + glicerina: E0 x 47 x 100mm x 200mm / 100um = 83nF
• Papel tisú 10GSM + glicerina: E0 x 47 x 100mm x 200mm / 50um = 166nF
• Papel tisú 10GSM + glicerina: E0 x 47 x 100mm x 1m / 50um = 832nF
• Papel tisú 10GSM + glicerina: E0 x 47 x 100mm x 10m / 50um = 8,32uF

Así, si se utiliza papel tisú impregnado de glicerina y se hace la lámina más larga (>1m) se pueden obtener valores cercanos a 1uF o más.

Answer 4

Puede que te parezca mejor hacer una batería, pero no es eso lo que has preguntado.

Podrías intentar hacer un condensador electrolítico utilizando papel de aluminio y un separador de papel. Tal vez un poco de anticongelante de motor y bórax para el electrolito. La mezcla óptima es desconocida (por mí) pero el bórax es bastante soluble.

Puedes enrollarlo, con el electrolito saturando el separador, y sumergirlo en un recipiente cilíndrico.

Se puede aplicar una tensión de corriente limitada durante un periodo de tiempo para "formar" la capa de óxido si no es adecuada. La lámina de aluminio de la tienda no tiene el grabado que tienen las cápsulas electrolíticas comerciales (que aumenta enormemente la superficie efectiva de óxido), así que yo no esperaría mucho, pero es posible que pueda obtener un destello notable de un LED moderno.

No he probado esto, pero debería funcionar.

La polaridad será la de la tensión de "formación", pero hasta uno o dos voltios debería ser bipolar.

---

Editar:

Un breve intento dio como resultado un electrolito muy conductivo (estupendo), pero demasiadas fugas (>1mA), lo que es un obstáculo en este caso. Creo que es necesario utilizar alambre de aluminio para salir del electrolito (que no hice). Así se puede anodizar una capa de óxido en todos los materiales conectados al electrodo.

Answer 5

Puedes utilizar una fina capa de barniz aislante como dieléctrico, utilizar una lámina con mayor superficie y enrollarla bien.

• Tome 2 láminas de gran superficie, sin ningún revestimiento aislante.
• Sumerja una lámina en barniz aislante y déjela secar. (esto encapsula esa lámina con una fina capa de barniz).
• Presione las 2 láminas para unirlas.
• Suelda los cables y sácalos.
• Enróllalo muy fuerte sobre una varilla aislante fina.
• Sumergir el conjunto en la cola/barniz , sin aflojarla (esto es sólo para mantener su forma y estanqueidad).