Divulgación Frecuencia, impedancia, bobina, condensador..........?

[natanael]

buenas.....

vuelvo con las dudas que me vuelven loco y no me dejan avanzar en el continuo mundo de la fisica pura purita.....

es con respecto al defasaje de la corriente y el voltage que causan la bobina y el condensador en un circuito alimentado primero por una fuente de voltage sinusoidal y una bobina, y segundo por una fuente AC y un condensador.....

si cerramos el circuito tenemos que el transistorio de la funcion que explica el comportamiento de la corriente y el voltage en un circuito con un condensador y una fuente alterna, se define rapidamente con el pasar del tiempo como se defasan la corriente y el voltage 90 grados ni mas ni menos tomando el circuito idealmente....

el 06/08/10 en la noche con una larga concentracion puede entender el porque de este fenomeno, gracias a un pana (traduccion de pana: amigo, colega) puede entender que esto se debe al simple hecho de que cuando cerramos el circuito con un condensador descargado, el condesador se comporta como un simple cable conductor y deja circular la corriente con poca resistencia a su paso, pero esta libertad que tiene la corriente va acabandose cuando el condensador se va cargado y cuando la capacidad del mismo ya no da para más la corriente disminuye hasta llegar a cero, claro esta disminucion de la corriente no se debe a la clasica resistencia producida en un conductor por las impurezas del mismo sino que la ha producido otro tipo de resistencia llamado impedancia la cual esta no depende solo de los parametros fisicos como los son la longitud, area, permitividad entre otros que alteran el resultado final, sino que se incluye el parametro de la FRECUENCIA.....

ahora es facil entender el hecho de que en la bobina la impedancia dependa de la FRECUENCIA (y por supuesto de otros parametros fisicos), bueno....... para mi es mucho mas facil aceptar aunque no lo entienda, el hecho que de cuando la corriente intenta variar se crea una fuerza electromotriz que se opone a la direccion de la corriente inicial y por ende se produzca esta impedancia...con logica y un poquito de imaginacion no cuesta entender el hecho de que en un circuito con una bobina y una fuente alterna, la impedancia de la misma cresca con la fracuencia........ya que tenemos a una corriente que quiere hacer lo que le da la gana variando su valor en un peaje tan congestionado como el de una bobina, donde tenemos al señor policia contraelectromotriz diciendo alto alli corriente........

bien....ahora vamos con el condensador y el hecho de que suceda lo contrario en el mismo, en este circuito tenemos un tratado de libre comercio para la corriente, claro simpre y cuando esta lleve una frecuencia de variacion relativamente alta....

mi pregunta es muy secilla PORQUE diablos en el condensador la impedancia crece, primero con la FRECUENCIA, y segundo con la CAPACIDAD?

se que mi pregunta es un poco larga, pero he estado leyendo y estube de acuerdo en una de las respuestas de AL2000 en la cual comento el hecho de que era dificil reponderle a una presona en un foro cuando se ingnora el conocimiento o los requerimientos basicos previos que una persona pueda tener para reponderle dicha pregunta que formula y que pueda entenderla......aqui os dejo mas o menos de lo que se del tema, ojo: ya se que en la formula para la impedancia en un condensador tenemos a la capacidad y la frecuencia como denominadores y por ende al aumentar uno de los dos el cociente impedancia va a ser menor........solo quiero es que si alguien sabe el porque, y claro, tambien poder explicarlo de manera que un retrasado mental como yo pueda entederlo, por favor se tomara la molestia de reponder............

[Al2000]

Re: Frecuencia, impedancia, bobina, condensador..........?

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mi pregunta es muy secilla PORQUE diablos en el condensador la impedancia crece, primero con la FRECUENCIA, y segundo con la CAPACIDAD?
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Entiendo, por todo lo demás que expusiste, que quisiste decir que la impedancia decrece con la frecuencia y la capacidad...

Creo que no es tan difícil de comprender las razones de la dependencia de la impedancia de un capacitor con la frecuencia y la capacidad. Te explico: por tu descripción veo que estás claro en que la oposición que ofrece el capacitor al paso de la corriente va aumentando en la medida en que el capacitor se carga. ¿La razón? Pues la carga en el capacitor produce un campo eléctrico (y ultimadamente, una diferencia de potencial) que se opone a la corriente de carga.

El concepto que te ha faltado detallar es que un capacitor no es un camino ininterrupido para el tránsito de carga; muy al contrario, el capacitor está formado por dos conductores cercanos pero aislados entre sí. Cuando decimos que una corriente atravieza un capacitor, el fenómeno en realidad es que en una armadura del capacitor se están acumulando electrones mientras que de la otra armadura están saliendo electrones al mismo ritmo. Claro, este proceso no puede seguir indefinidamente. En algún momento ocurrirá una de dos cosas: o el campo eléctrico del capacitor anula el campo eléctrico en los conductores que conducen la corriente hasta él (cesando entonces la corriente) o el campo eléctrico se hace tan intenso que supera las posibilidades del aislante de hacer su trabajo y ocurrirá una descarga a través del aislante (y su posible destrucción) que descargará el capacitor. Como el voltaje de un capacitor depende inversamente de su capacidad, se explica entonces que su impedancia (la oposición al paso de corriente) varíe inversamente con aquella.

¿Qué pasa con un circuito de corriente alterna? Allí la corriente cambia de dirección periódicamente, de manera que un capacitor se encontrará continuamente cargándose/descargándose. Mientras mas rápido oscile la corriente, menos tiempo tendrá el capacitor para cargarse antes de que se invierta la corriente y el condensador se empiece a descargar. Por eso una corriente de elevada frecuencia puede "pasar" a través de un condensador con facilidad (poca impedancia) mientras que en el caso de una corriente de baja frecuencia, al haber tiempo suficiente para que el capacitor adquiera una carga importante, la oposición será elevada (alta impedancia).

Hace un tiempito alguien preguntó algo a lo cual le respondí de manera análoga. Tal vez quisieras leer este hilo.

Saludos,

Al

[GNzcuber]

Re: Frecuencia, impedancia, bobina, condensador..........?

hidromagnetismo,

Tu mensaje es perfectamente legible, pero se agradecería aún más si pusieras acentos ortográficos y escribieras las mayúsculas al comienzo de cada frase. Es para que quede más bonito (Vamos, ¡Correcto! :P).

¡Saludos!

[natanael]

Re: Frecuencia, impedancia, bobina, condensador..........?

Grascias por la observacion voy a tratar de corregir estos horrores ortograficos......

Mientras mas rápido oscile la corriente, menos tiempo tendrá el capacitor para cargarse antes de que se invierta la corriente y el condensador se empiece a descargar.

Tienes razon con respecto a que no pueda darle tiempo para cargarse/descargarse, pero yo creo que eso es en el caso de que el circuito tenga un elemento puramente resistivo (sin depender de la frecuancia) en serie con el condensador..... pero el problema que se presenta es cuando tomamos el circuito de forma ideal, es decir una fuente sin resistencia interna, las placas y el cable conductor de igual forma, ya en este caso al cerrar el circuito en el primer instatante ya la corriente es infinita y por mas alta que tomes la frecuencia el condensador se cargaria/descargaria completamente al mismo ritmo de la fuente....

Pero tomando el caso en que el circuito presente este fenomeno de no poder cargarse/descargase a tiempo para el segundo semiciclo (partiendo de t=0) del voltage (tomado la fuente V=sin[t]), solo esto posible con un/os elemento/s resistivo/s en serie (que no dependa de la frecuancia como una vulgar resistencia), tomando este caso, si se cierra el circuito con una fuente a alta frecuencia y teniendo ya cargado el condensador, lo que sucederia, me imagino yo es que el condensador no tendria tiempo sufiente para descargarse, y en este caso ya la impedancia seria alta, ya sabes porque.....bueno para los que leen este hilo, seria porque el condensador estaria trabajando entre medio cargado y cargado completamente, y en este estado (o llamemosle rango) la impedancia es alta, yo diria infinita hasta que suceda una descarga como indica AL.....en resumen estoy de acuerdo en que si tomamos el caso en que el condensador esta descargado, sí pudieramos decir que no le da tiempo para descargarse/cargarse y por eso trabaja en el rango descargado-mediocargado, y en este rango la impedancia es baja, pero si tomamos inicialmente el condensador ya cargado, yo creo estando no muy aseguro pero en teoria deberia suceder lo contrario que seria el hecho de que no le da tiempo suficiente al condensador de descargarse y entonces trabajaria en el rango mediocargado-cargado, y en este rango la impeddancia es alta......

Ahora no se, pero ya creo que mi pregunta se esta respondiendo, pero si tomamos el circuito ideal (es decir condensador y fuente alterna ideales) el codensador trabajaria en el rango de descargado/cargado, y es allí donde no entiendo nada nadita el porque a alta frecuencia la impedancia es baja en un condensador (idealmente solo una fuente AC y un condensador)?

[Al2000]

Re: Frecuencia, impedancia, bobina, condensador..........?

Hmmm, creo que estoy entendiendo mejor tu duda. Vamos a ver si es verdad.

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pero el problema que se presenta es cuando tomamos el circuito de forma ideal, es decir una fuente sin resistencia interna, las placas y el cable conductor de igual forma, ya en este caso al cerrar el circuito en el primer instatante ya la corriente es infinita y por mas alta que tomes la frecuencia el condensador se cargaria/descargaria completamente al mismo ritmo de la fuente....
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Tienes razón cuando dices que la carga del condensador sigue el ritmo de la fuente, pero no cuando afirmas que la corriente es infinita. Eso solamente es cierto en el instante de aplicar un voltaje distinto de cero al condensador. En ese instante la carga del condensador pasa de cero a CV, lo cual implica ciertamente una corriente infinita, pero solo en el instante de la conexión. Ese es el transitorio, que en el caso real en el que hay resistencia eléctrica en lugar de ser un escalón es una exponencial que aumenta asintóticamente hacia el valor CV.

Una vez transcurrido el transitorio, la carga del capacitor sigue fielmente el voltaje de la fuente, ya que es proporcional. La corriente, es decir el flujo de carga, es la rapidez con la cual varía la carga, la cual vendría determinada en última instancia por la rapidez como varía el voltaje de la fuente. Pongámoslo con algo de matemáticas, mucho mas precisas que las palabras.

En todo momento el voltaje del condensador iguala al voltaje de la fuente (recordando que estamos despreciando cualquier resistencia). Entonces, para cada instante

$$\frac Q C = V \, \mathrm {sen} (\omega t) \quad \Rightarrow \quad I = \omega C V \cos (\omega t)$$

Tenemos entonces una corriente que varía sinusoidalmente, defasada 90° con respecto al voltaje y cuya amplitud es $\omega C V$. Usando el concepto de la resistencia eléctrica como el cociente del voltaje aplicado a la corriente resultante, tenemos entonces una "resistencia" (que llamamos en este caso reactancia):

$$X_C = \frac V I = \frac 1 {\omega C}$$

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si se cierra el circuito con una fuente a alta frecuencia y teniendo ya cargado el condensador, lo que sucederia, me imagino yo es que el condensador no tendria tiempo sufiente para descargarse, y en este caso ya la impedancia seria alta, ya sabes porque.....bueno para los que leen este hilo, seria porque el condensador estaria trabajando entre medio cargado y cargado completamente, y en este estado (o llamemosle rango) la impedancia es alta, yo diria infinita hasta que suceda una descarga como indica AL.....en resumen estoy de acuerdo en que si tomamos el caso en que el condensador esta descargado, sí pudieramos decir que no le da tiempo para descargarse/cargarse y por eso trabaja en el rango descargado-mediocargado, y en este rango la impedancia es baja, pero si tomamos inicialmente el condensador ya cargado, yo creo estando no muy aseguro pero en teoria deberia suceder lo contrario que seria el hecho de que no le da tiempo suficiente al condensador de descargarse y entonces trabajaria en el rango mediocargado-cargado, y en este rango la impeddancia es alta
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Ves, aqui es donde viene lo bonito del asunto. En régimen estacionario, luego de han pasado todos los transitorios, el condensador trabaja con su carga oscilando alrededor de cero. En cada ciclo se carga un poquito, se descarga, se carga un poquito con polaridad invertida, se descarga,... la curva sinusoidal de la que hablaba antes.

Lo que ocurre cuando conectas la fuente a un condensador previamente cargado es que en la etapa inicial, el transitorio, el condensador se descarga mientras que simultáneamente le lleva el paso a la fuente. El resultado es que se superpone la exponencial decreciente de la descarga (caso con resistencia) con la curva sinusoidal del estado estacionario, dando una suerte de curva sinusoidal de amplitud variable. En el caso idealizado del que estamos hablando la carga inicial del condensador se reduce instantáneamente a cero en el momento de la conexión (asumiendo un voltaje cero inicialmente).

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Ahora no se, pero ya creo que mi pregunta se esta respondiendo, pero si tomamos el circuito ideal (es decir condensador y fuente alterna ideales) el codensador trabajaria en el rango de descargado/cargado, y es allí donde no entiendo nada nadita el porque a alta frecuencia la impedancia es baja en un condensador (idealmente solo una fuente AC y un condensador)?

Y regresamos al principio. Estás tratando de responderte una pregunta de corriente variable en el tiempo con conceptos de corriente constante. Estás pensando como si al aplicar cierto voltaje (variable en el tiempo) y no habiendo ninguna resistencia, la corriente sería infinita (impedancia cero) entonces el condensador instantáneamente se carga y la corriente se hace cero (impedancia infinita)

La verdad es que, al instante de la conexión, la corriente del circuito es infinita (si el voltaje es no nulo) pero de allí en adelante la corriente es simplemente la rapidez con la cual fluye la carga al condensador, según las cuentas puestas mas arriba.

Espero haberte ayudado a resolver la duda, paisano. Saludos,

Al

[natanael]

Re: Frecuencia, impedancia, bobina, condensador..........?

El resultado es que se superpone la exponencial decreciente de la descarga (caso con resistencia) con la curva sinusoidal del estado estacionario, dando una suerte de curva sinusoidal de amplitud variable.

Vaya....de serio que tienes un don para explicar las cosas con mucha elegancia, se ve que tienes una graficadora incorporada en tu cerebro, yo voy a tener que graficar los transistorios con mis programas de PC, para estudiar las curvas nuevamente.....gracias......

[Al2000]

Re: Frecuencia, impedancia, bobina, condensador..........?

Con gran placer he puyado el botón ¡Gracias! en tu pregunta original pues me ha permitido descartar una muleta que no sabía que estaba usando. Como tu eres venezolano, me entenderás perfectamente cuando te digo que te he metido una coba (embuste o mentira para los que no conozcan el término). Todo ese cuento del condensador que no alcanza a cargarse no resiste un análisis en detalle y no es mas que una explicación, que hasta ahora creía simpática, del fenómeno que hemos estado discutiendo. Yo sé incluso el origen de mi falso supuesto, una extrapolación de lo que ocurre cuando aplicas una onda cuadrada a un condensador.

Pero si volvemos al caso ideal que has planteado, donde una fuente sin resistencia se conecta con conductores perfectos a un condensador ideal, entonces (y así quedó escrito en tus y mis mensajes) el condensador siempre está completamente cargado, pues la carga del condensador en cada instante es Q = CV. Así que una frase como (y me cito a mi mismo) "En cada ciclo se carga un poquito, se descarga, se carga un poquito con polaridad invertida, se descarga,..." es simplemente una estupidez. Hay que regresar al tablero de diseño.

Lo que si es cierto es que el condensador limita la cantidad de carga que puede fluir en el circuito. La carga que fluirá para un cierto voltaje será proporcional a la capacidad. La rapidez con la cual fluirá esta carga, es decir la corriente, tendrá entonces dos componentes a considerar: cuanta carga debe fluir (para mantener los potenciales equilibrados) y en cuanto tiempo debe fluir. El primer término es proporcional a la capacidad del condensador y el segundo término es proporcional al período de la señal. Esto nos deja con una corriente que será proporcional a la capacidad y proporcional a la frecuencia. Pero eso ya lo sabíamos... sólo que yo no lo había visto así.

Así que paisano, perdón por la coba que no fué "de adredes".

Saludos,

Al

[natanael]

Re: Frecuencia, impedancia, bobina, condensador..........?

Esto nos deja con una corriente que será proporcional a la capacidad y proporcional a la frecuencia. Pero eso ya lo sabíamos... sólo que yo no lo había visto así.

Hermano, no se si te diste cuenta pero respondiste mi pregunta (en el caso ideal), tienes razon, si tenenmos una alta impedancia esto se traduciria en pocas palabras "poca corriente", ya por inferencia lógica (aunque no es lo correcto), tenemos que si hay "mayor corriente" (debido al aumento de la frecuencia y la capacitancia), primitivamente mi razonaiento indica que debe existir entonces "poca impedancia"..... y se cumpliria el hecho de que la impedancia disminuye con el aumento de la frecuencia y la capacitancia...

Oye amigo, si estoy entendiendo mal esto por favor hasmelo saber! te agradezco por el interes.....