Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
Proyecto Mecesup
Un capacitor cilíndrico La figura puede representar también la sección transversal de un capacitor cilíndrico donde el conductor interno es una varilla sólida de radio a que lleva una carga +q uniformemente distribuida en su superficie; el conductor externo es un cascarón cilíndrico coaxial de radio b que lleva una carga de -q distribuida uniformemente a través de su superficie interna. El capacitor tiene una longitud L y supondremos que L>>b, de modo que como en el caso del capacitor de placas paralelas, podemos prescindir del campo de bordes en los extremos del capacitor. Del mismo modo que
utilizamos la ley de Gauss con la geometría esférica para deducir los dos
teoremas de cascarones, podemos conseguir dos resultados semejantes con
geometría esferica. Si sólo contásemos con el conductor externo cilíndrico
de carga uniforme, podríamos construir una superficie gaussiana con la
forma de un cilindro largo de radio r < b que
tenga el mismo eje del cilindro externo. Esta superficie no encierra carga
neta; así, concluimos que E=0 en toda la superficie gaussiana. Como en el
caso del cascarón esférico, un cascarón cilíndrico uniformemente cargado
no produce campo eléctrico alguno en su interior. Si nos servimos de una
superficie cilíndrica gaussiana con r > a , podemos inferir que el
cilindro interno se comporta igual que una línea uniforme de carga, donde
los puntos del campo irradian del eje y E vale
Ahora la ecuación nos da
la capacitancia:
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Al analizar los circuitos eléctricos, a menudo conviene conocer la capacitancia equivalente de dos o más capacitores que están conectados de cierta manera. Por "capacitancia equivalente" entendemos la de un capacitor individual que puede sustituir a la combinación, sin modificar el funcionamiento en el resto del circuito. Capacitores conectados en paralelo La figura, muestra dos capacitores conectados en paralelo. Tres propiedades caracterizan a este tipo de conexión de los elementos de un circuito. 1) Al pasar de a a b, podemos tomar varias (dos en este caso) trayectorias paralelas, todas las cuales atraviesan sólo uno de los elementos paralelos. 2) Cuando una batería de diferencia de potencial ∆V está conectada en la combinación (es decir, una terminal de la batería se conecta a un punto a de la figura y la otra al punto b), la misma diferencia de potencial ∆V aparece en todos los elementos de la conexión en paralelo. Los alambres y las placas del capacitor son conductores y , en consecuencia, equipotenciales en condiciones electrostáticas. El potencial en a aparece en los alambres conectados a a en las dos placas de capacitores de la izquierda; asimismo el potencial en b aparece en los alambres conectados a b y en las dos placas de capacitores de la derecha. 3) Los elementos comparten la carga total que suministra la batería a la combinación; parte de ella es "bombeada" hacia arriba por los extremos de la batería hacia C1 y parte hacia C2. Teniendo presentes los principios anteriores, ahora podemos encontrar la capacitancia equivalente Ceq que produce la capacitancia total entre los puntos a y b, como se ve en la figura. Suponemos que una batería con una diferencia de potencial ∆V está conectada entre los puntos a y b . En cada capacitor podemos escribir q1 = C1∆V y q2 = C2∆V.
Al escribir las ecuaciones anteriores nos hemos servido del mismo valor de la diferencia de potencial en los capacitores, atendiendo a la segunda característica antes mencionada respecto a la conexión en paralelo. La batería extrae la carga q de un lado del circuito y la lleva al otro. Esa carga se comparte entre los dos elementos en conformidad con la tercera característica, de manera que la suma de las cargas en los dos capacitores es igual a la carga total: q = q1 + q2. (1)
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