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EL CAPACITOR. Relación corriente-voltaje.

Formalmente, la Capacitancia es la razón entre la carga de una placa del capacitor y la diferencia de tensión entre las dos placas:

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Relación corriente-voltaje del capacitor

Para obtener la relación de corriente-tensión del capacitor, primero es necesario estudiar la relación entre la carga q y la corriente i. Dicha relación viene dada por la ecuación:

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Para encontrar la carga q de las placas en el tiempo t se integra sobre todo el tiempo anterior:

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Utilizando el hecho de que q=Cv, obtenemos la relación corriente-tensión del capacitor (suponiendo un capacitor lineal, es decir, que no depende del valor de la tensión v en el tiempo):

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O sea:

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Otra forma de presentar este resultado es mediante la fórmula:

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Utilizando esta última ecuación, podemos graficar la relación corriente-voltaje del capacitor de la manera siguiente:

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Recomiendo leer la siguiente guía: Capacitores e Inductores – Circuitos y asociaciones

Preliminares

Por tanto se concluye que la intensidad del campo eléctrico en cualquier punto a una distancia r de una carga puntual de Q coulombs, será directamente proporcional a la magnitud de la carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a la carga.

Capacitancia

Al instante en que el interruptor se cierra, se extraen los electrones de la placa superior y se depositan sobre la placa inferior debido a la batería, dando por resultado una carga neta positiva sobre la placa superior del capacitor y una carga negativa sobre la placa inferior…Cuando el voltaje en el capacitor es igual al de la batería, cesa la transferencia de electrones y la placa tendrá una carga neta Q=CV=CE

En este punto el capacitor asumirá las características de un circuito abierto: una caída de voltaje en las placas sin flujo de carga entre las placas.

El voltaje en un capacitor no puede cambiar de forma instantánea.

De hecho, la capacitancia en una red es también una medida de cuanto se opondrá ésta a un cambio en el voltaje de la red. Mientras mayor sea la capacitancia, mayor será la constante de tiempo y mayor el tiempo que le tomará cargar hasta su valor final

Ejemplo 2.2 (Fuente:3) La Figura 2.3 muestra un sistema compuesto por una resistencia y un capacitor, y cuyos valores son representados respectivamente por R y C. Además, la figura muestra que el sistema eléctrico es excitado por una señal x(t) = u(t) y su respuesta es medida a través de la tensión sobre el capacitor, donde u(t) representa la función escalón unitario:

El modelo matemático asociado al sistema representado por la Figura 2.3 puede obtenerse empleando elementales ecuación de redes eléctricas:

Entonces, al comparar el modelo matemático definido por la Ecuación (2.12) con el modelo obtenido, se tiene que el coeficiente a0 y la señal de excitación son:

,

Al aplicar la solución expresada por medio de la Ecuación (2.21), se puede afirmar que:

Al operar la Ecuación (2.26) se tiene que la respuesta del sistema es dada por:

Note que:

por cuanto el elemento de memoria representado por el capacitor no permite cambios bruscos y por tal motivo y(0-) = y(0) = y(0+). Además, para buscar una respuesta a la pregunta debe tomarse en cuenta que la excitación tiene un valor de cero y ella ha permanecido en cero desde mucho tiempo atrás, es decir, desde menos infinito, obviamente y(0) = 0.

Recomiendo leer la siguiente guía: Capacitores e Inductores – Circuitos y asociaciones

Fuentes:

  1. Introduccion-al-analisis-de-circuitos-robert-l-boylestad,
    1. El Parámetro Capacitancia p 20
  2. Análisis de Redes – Van Valkenburg,
    1. El Parámetro Capacitancia p 20
  3. Análisis de Sistemas Lineales – Prof. Ebert Brea
    1. Análisis de Sistemas en el Dominio Continuo pp 29 –
  4. Fundamentos_de_circuitos_electricos_5ta

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Matemática aplicada - Appd Math, Señales y Sistemas

Señales de tiempo continuo – Definición

Una señal x(t) es una función con valor real o escalar de la variable de tiempo t. El término con valor real significa que para cualquier valor fijo de la variable de tiempo t, el valor de la señal en el tiempo t es un número real. Cuando esta variable toma sus valores del conjunto de los números reales, se dice que t es una variable de tiempo continuo, y que la señal x(t) es una señal de tiempo continuo o una señal analógica. Ejemplos comunes de señales de tiempo continuo son el voltaje u ondas de corriente de un circuito eléctrico, las señales de audio como voz u ondas musicales, las posiciones o velocidades de objetos en movimiento, las fuerzas o torcas en un sistema mecánico, las señales bioeléctricas como electrocardiogramas (ECG) o electroencefalogramas (EEG), las velocidades de flujo de líquidos o gases en un proceso químico, etc. 

Dada una señal x(t) muy complicada, no siempre es posible determinar una función matemática que sea exactamente igual a x(t). Un ejemplo es una señal de voz, como el segmento de diálogo de 50 milisegundos que aparece en la Figura 1. Este segmento es la transición de la «sh» a «u» de la elocución de la palabra inglesa «should». 

Primero que nada el analista de sistemas debe conocer cómo modelar señales en el dominio del tiempo continuo.

  1. Introducción
  2. Función Escalón
  3. Función Rampa
  4. Función Impulso
  5. Función Pulso Rectangular
  6. Función Pulso Triangular
  7. Función Periódica
  8. Función Exponencial
Función Escalón

Fuente: [3]

 

Función Rampa

 

Función Impulso

 

 

 

 

 

 

Función Pulso Rectangular

 

Función Pulso triangular

Fuente: [2]

 

Función Periódica

Fuente: [1]

Fuente: [3]

Fuente: [1]

 

Función Exponencial

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente:

Fundamentos_de_Señales_y_Sistemas_usando la Web y Matlab

1.1 Señales en tiempo continuo

SIGUIENTE: Señales de tiempo discreto – Muestreo en matlab.

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