Un condensador almacena energía al separar cargas en sus placas. La carga y la energía son magnitudes distintas: con capacitancia de 100 µF y voltaje de 12 V se obtienen 0,0012 C y 0,0072 J. La guía muestra cómo varían al cambiar el voltaje, y la herramienta permite recuperar voltaje o capacitancia desde datos compatibles.
1. Distingue capacitancia, carga y energía
La capacitancia C mide cuánta carga corresponde a cada voltio y se expresa en faradios. Q es aquí la magnitud de la carga de una placa; la otra tiene la misma magnitud y signo opuesto en el condensador ideal. No es la suma neta de ambas placas. U mide energía almacenada en julios. La herramienta usa voltajes y cargas no negativos como magnitudes.
2. Calcula carga y energía por separado
Con C = 100 µF = 0,0001 F y V = 12 V, Q = CV = 0,0012 C, equivalentes a 1200 µC. La energía es U = 0,5 × 0,0001 × 12² = 0,0072 J, o 7,2 mJ. Multiplicar simplemente Q por V da el doble de esta energía: el factor un medio forma parte del modelo.
Q = CV; U = ½CV² = ½QVLa energía depende del cuadrado del voltaje
Las barras representan energía en la misma escala, con relación de alturas 1:4. No representan el tamaño ni la separación real de las placas.
Comprueba la idea: ¿Duplicar el voltaje solo duplica la energía almacenada?
Ver la explicación
No. Con capacitancia constante, Q = CV se duplica, pero U = ½CV² se cuadruplica porque depende del cuadrado del voltaje.
3. Compara dos voltajes en la misma curva
La práctica conserva C = 100 µF y mueve V entre cero y doce voltios. La curva representa energía en milijulios sobre ejes fijos de 0 a 12 V y de 0 a 7,2 mJ. A 6 V la carga es 600 µC y la energía 1,8 mJ. Pasar a 12 V duplica la carga y cuadruplica la energía.
Práctica interactiva
Duplica voltaje y compara energía
Capacitancia fija de 100 µF. Voltaje de 0 a 12 V; energía de 0 a 7,2 mJ sobre ejes fijos.
A 6 V: Q = 600 µC y U = 1,8 mJ.
4. Despeja voltaje o capacitancia
Con carga conocida, V = Q/C devuelve la magnitud del voltaje. Con carga y voltaje no nulos, C = Q/V debe resultar positiva. Si ambos son cero, la capacitancia no queda determinada. También se puede recuperar la magnitud del voltaje desde energía y capacitancia mediante V = √(2U/C). Elegir la raíz positiva no determina la polaridad física de las placas.
5. Comprueba prefijos y el caso cero
µF equivale a 10⁻⁶ F, nF a 10⁻⁹ F y pF a 10⁻¹² F. La capacitancia se convierte antes de multiplicar. Con capacitancia positiva y voltaje cero, carga y energía son cero. Esos ceros son estados válidos, pero no permiten todos los despejes. La tabla añade equivalencias de carga y energía para detectar confusiones entre prefijos.
6. Limita la conclusión al condensador ideal
Se supone capacitancia constante, sin fugas ni pérdidas y sin efectos de frecuencia o temperatura. La energía calculada no determina voltaje nominal, dimensiones, rendimiento ni velocidad de carga. No representa automáticamente la energía total que debe entregar una fuente al cargarlo. Para seguir el cambio de voltaje con una resistencia, utiliza la herramienta de carga y descarga RC del mismo bloque.
Ponlo en práctica