Capacidad Eléctrica

Si estudiamos detenidamente la expresión del potencial eléctrico creado por una carga puntual, puedes comprobar que a medida que la distancia se hace más pequeña (r→0) su valor V tiende al infinito (V→∞).

V=K·qr

Sin embargo en la vida cotidiana no disponemos de cargas aisladas, sino que generalmente las cargas se encuentran asociadas en conductores no puntuales, y esta condición no se cumple para ellos.

Gráfica del Potencial Eléctrico de una Carga Puntual. Si representamos en una gráfica la ecuación del potencial de un campo eléctrico generado por una carga puntual con respecto a la distancia donde se mide, podemos ver que cuanto más cerca estamos de la carga, mayor es el potencial eléctrico. De hecho, cuando r tiende a cero, el potencial se hace infinito.

En los conductores no puntuales la cargas se mueven libremente y se distribuyen de tal forma que la repulsión entre ellas se hace mínima, dejando que el exceso de carga se concentre únicamente en la superficie de los conductores, dejando libre de carga el interior.

Un conductor que se encuentra en equilibrio eléctrico tiene su exceso de carga repartido por su superficie. El potencial eléctrico en cualquier punto de su interior y de su superficie es el mismo y el campo eléctrico en su interior es nulo.

Gráfica del Potencial Eléctrico de un Conductor Esférico. Si representamos en una gráfica el potencial de un campo eléctrico generado por una esfera cargada (+) respecto a la distancia donde se mide, podemos ver que:  a) En el exterior de la esfera el potencial crece cuanto más cerca estemos de ella. Si la distancia (r) r es mayor que el radio de la esfera (R).    b) El potencial es máximo y constante en cualquiera de los puntos del interior o de la superficie y su valor es:

A partir de esta realidad, podemos definir una nueva magnitud escalar denominada capacidad eléctrica.

La capacidad eléctrica de un conductor es una magnitud escalar que relaciona la carga almacenada en un conductor y el potencial que adquiere de forma aislada.

C=qV

donde:

  • C es la capacidad eléctrica. En el S.I. se mide en faradios (F).
  • q es el exceso de carga del conductor. En el S.I. se mide en culombios (C).
  • V es el potencial eléctrico en cualquier punto del conductor. En el S.I. se mide en voltios (V).

La capacidad eléctrica siempre es una cantidad positiva y depende de la geometría del conductor.

Unidad de Capacidad Eléctrica

La unidad de capacidad eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) es el faradio y se define como la capacidad que posee un conductor que al ser cargado con un culombio adquiere un potencial de un voltio.

El faradio, al igual que el culombio, se trata de una unidad muy grande por lo que es común que debamos trabajar con submúltiplos de esta. A continuación puedes encontrar algunos de los más utilizados:

  • Milifaradio. 1 mF = 10-3 F
  • Microfaradio. 1 µF = 10-6 F
  • Nanofaradio. 1 nF = 10-9 F
  • Picofaradio. 1 pF = 10-12 F 

Superficies Equipotenciales

Los puntos contiguos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial eléctrico reciben el nombre de superficie equipotencial. Si aplicamos esta definición a los conductores, dado que todos ellos tienen el mismo potencial en su exterior, su superficie es una superficie equipotencial.

Dichas superficies se caracterizan principalmente porque son perpendiculares a las líneas de fuerza en cualquier punto del campo eléctrico.

Las superficies equipotenciales son esféricas si el campo eléctrico es originado por cargas puntuales y planas en el caso de que sean creadas por conductores planos.

Ficha de ejercicios resueltos

Aquí puedes poner a prueba lo que has aprendido en este apartado.

Conductores unidos por un hilo

dificultad

Dos cuerpos conductores de 7 mF de capacidad, se encuentran separados de forma que no interfieren eléctricamente entre ellos. Si uno de ellos posee una carga q= 0.5 C y el otro q= 0.2 C, determinar la carga final que poseerán cada uno de ellos si los conectamos por medio de un hilo conductor de capacidad despreciable.

Diferencia de potencial entre esferas conductoras

dificultad

Una esfera conductora E1 posee una carga q= 0.8 C y una capacidad C= 15 mF. Otra esfera similar E2, posee una carga q= 0.8 C y una capacidad C= 10 mF. Si ambas se encuentran separadas para no interferir eléctricamente entre ellas y se conectan por medio de un hilo conductor de capacidad despreciable:

a) Determinar si existe desplazamiento de cargas en las esferas y en que sentido.
b) Determinar la carga de cada esfera una vez que se encuentren en equilibrio eléctrico. 

Ficha de fórmulas

Aquí tienes un completo formulario del apartado Capacidad Eléctrica. Entendiendo cada fórmula serás capaz de resolver cualquier problema que se te plantee en este nivel.

Pulsa sobre el icono   para exportarlas a cualquier programa externo compatible.

Capacidad eléctrica de un conductor

C=qV

Ficha de apartados relacionados

El apartado no se encuentra disponible en otros niveles educativos.