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Cómo el área de placas, el espaciado y el material dieléctrico determinan la capacitancia

La capacitancia se rige por tres parámetros físicos fundamentales de un capacitor: área de placas, separación entre placas y permisividad del dieléctrico. Estos factores dictan cuánto flujo de campo eléctrico —esencialmente la carga que puede almacenarse— se desarrolla para un voltaje dado a través de las placas.

Área de placas

Todo lo demás igual, un área de placas mayor produce mayor capacitancia, mientras que un área menor la reduce. Esto se debe a que una superficie mayor puede recoger más carga para la misma intensidad de campo eléctrico.

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Espaciado entre placas

Al acercar las placas, la intensidad del campo eléctrico (voltaje dividido por distancia) aumenta, lo que a su vez incrementa la carga almacenada y por tanto la capacitancia. Aumentar la separación tiene el efecto opuesto.

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Material dieléctrico

Materiales con mayor permisividad relativa (constante dieléctrica) permiten una mayor cantidad de flujo de campo eléctrico para el mismo voltaje aplicado. Consecuentemente, un capacitor que use un dieléctrico de alto-k tendrá mayor capacitancia que uno con material de bajo-k bajo condiciones geométricas idénticas.

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La permisividad relativa es la relación entre la permisividad del material y la del vacío. Por ejemplo, el vidrio, con permisividad relativa de 7, permite un flujo de campo eléctrico siete veces más fuerte que el vacío, manteniendo los demás factores iguales.

MaterialPermisividad relativa (Constante dieléctrica)
Vacío1,0000
Aire1,0006
PTFE, FEP («Teflón»)2,0
Polipropileno2,20 a 2,28
Resina ABS2,4 a 3,2
Poliestireno2,45 a 4,0
Papel encerado2,5
Aceite de transformador2,5 a 4
Caucho duro2,5 a 4,80
Madera (Roble)3,3
Siliconas3,4 a 4,3
Baquelita3,5 a 6,0
Cuarzo, fundido3,8
Madera (Arce)4,4
Vidrio4,9 a 7,5
Aceite de ricino5,0
Madera (Abedul)5,2
Mica, muscovita5,0 a 8,7
Mica ligada a vidrio6,3 a 9,3
Porcelana, Esteatita6,5
Alúmina8,0 a 10,0
Agua destilada80,0
Titanato de bario-estroncio7500

Para un par de conductores separados por un dieléctrico uniforme, la capacitancia puede estimarse con la siguiente fórmula:

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Capacitores variables

La capacitancia puede hacerse ajustable variando cualquiera de los parámetros anteriores. Un enfoque común es variar el solapamiento efectivo de las placas. La imagen siguiente muestra un capacitor variable típico que usa placas metálicas entrelazadas y un espacio de aire. Girar el eje cambia el área de solapamiento, ajustando así la capacitancia en el rango de picofaradios —una configuración frecuente en circuitos de radiofrecuencia.

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