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CONDENSADOR DE PLACAS PARALELAS

LISANDRO ALAF ALVAREZ LUGO

1650867

ALESSANDRA LONGAS RINCON

1650636

JORGE ANDRES RAMIREZ C

1650707

MAIBETH LORENA ZAMBRANO

1650631

PRESENTADO A: JAVIER ALBERTO MEJÍA PALLARES

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER LABORATORIO DE FISICA SAN JOSE DE CUCUTA 2019

RESUMEN Condensador es un dispositivo que almacena carga eléctrica. El condensador está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios. En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (Q-) y la otra positivamente (Q+) sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin embargo, se dice que el condensador se encuentra cargado con una carga Q. Los condensadores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy útiles cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico En esta experiencia determinaremos y analizaremos la relación que existe entre la intensidad del campo eléctrico y la diferencia de potencial que existe entre la separación de ellas; y manteniendo constante la separación entre ellas. Básicamente, un capacitor, en su expresión más simple, está formado por dos placas metálicas enfrentadas y separadas entre sí por una mínima distancia, y un dieléctrico, que se define como el material no conductor de la electricidad (aire, mica, papel, aceite, cerámica, etc.) que se encuentra entre dichas placas.

OBJETIVOS Objetivo general Analizar el funcionamiento de un condensador elemental. Objetivos específicos 1. Analizar la relación entre la intensidad de campos eléctricos y la diferencia de potencial de las placas de un condensador de placas paralelas, manteniendo constante la distancia de separación entre ellas. 2. Analizar la relación entre la intensidad de campo eléctrico y la separación entre las placas de un condensador de placas paralelas, manteniendo constante la diferencia de potencial entre ellas.

DESARROLLO TEÓRICO Se llama condensador a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El condensador está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios. Los condensadores pueden conducir corriente continua durante solo un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna, lo cual lo convierte en dispositivo muy útil cuando se debe impedir que la corriente entre a determinada parte de un circuito eléctrico. Para un condensador se define su capacidad, como la razón entre la carga que posee uno de los conductores y la diferencia de potencial entre ambos, es decir, la capacidad es proporcional a la carga e inversamente proporcional a la diferencia de potencial: 𝐶=

𝑄 𝑉

CONDENSADOR DE PLACAS PARCIALES En Su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, esta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (-Q) y la otra positivamente (+Q) y sus cargas son iguales, la carga neta del sistema es 0. Sin embargo, se dice que el condensador se encuentra cargado con una carga Q. Las dos placas paralelas tienen igual área A y están separadas una distancia d como en la figura 1.

Figura 1. La carga por unidad de area en cada placa es O = Q/A. Si las placas estan muy cercanas una de la otra, podemos despreciar los efectos de los extremos y suponer

que el campo electrico es uniforme entre las placas y cero en cualquier otro lugar. El campo electrico entre las placas esta dado por: 0 𝑄 𝐸= = 𝜀0 𝜀0 𝐴 𝜀0 es la constante de permitividad electrica del vacio. La diferencia de potencial entre las placas del condensador, esta relacionada con el campo electrico entre ellas y la distancia de separacion de las mismas, asi: V = Ed

RESULTADOS EXPERIMENTALES TABLA 1. d = 4 cm V 20 40 60 80 100 120

E (kv/m) 0.60 1.20 1.84 2.41 3.0 3.60 TABLA 2. V = 20 V

d (cm) 4 6 8 10 12 14

E 0.61 0.40 0.29 0.23 0.20 0.16

TABLA 3. E = 0.63 x 10−1 Kv/m V d (cm) 25 4 50 8 75 12 100 16 125 20

PROCESAMIENTO DE DATOS 1. Elabore un gráfico de Campo eléctrico vs Voltaje cuando la distancia de separación entre las placas de un condensador es fija. (Tabla 1)

TABLA 1 3

CAMPO ELECTRICO

2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

20

40

60

80

100

VOLTAJE

2. Determine la pendiente de esta gráfica. Qué significa? 𝑚=

𝑚1 =

𝑦2 − 𝑦1 𝑋2 − 𝑋1

1.20 − 0.60 = 0.03 40 − 20

120

140

𝑚2 =

1.84 − 1.20 = 0.032 60 − 40

𝑚3 =

2.41 − 1.84 = 0.0285 80 − 60

𝑚4 =

3.0 − 2.41 = 0.0295 100 − 80

𝑚5 =

𝑚 ̅=

3.60 − 3.0 = 0.03 120 − 100

0.03 + 0.032 + 0.0285 + 0.0295 + 0.03 = 0.03 5

Está pendiente representa la diferencia de potencial que existe entre las placas del condensador en relación con el campo eléctrico a una misma distancia de separación. 3. Como es la relación entre el campo eléctrico entre las placas del condensador y el Voltaje aplicado? La relación es proporcional directa; ya que mientas el voltaje aplicado aumenta el campo eléctrico también aumenta. 4. Si se hubiese tomado datos con una distancia entre las placas del condensador diferente, cambiaría la pendiente de esta grafica? Explique. Si la pendiente cambiaria, ya que el campo eléctrico sería menor con cada voltaje, por lo tanto la pendiente seria mayor al ser mayor la distancia.

5. Grafique los datos de la tabla 2, la relación entre el Campo eléctrico y la distancia de separación de las placas del condensador cuando el voltaje es constante.

TABLA 2 0.6

CAMPO ELECTRICO

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

DISTANCIA

6. Determine la pendiente de esta gráfica. Que representa?

𝑚=

𝑚 ̅=

𝑦2 − 𝑦1 𝑋2 − 𝑋1

𝑚1 =

0.40 − 0.61 = −0.105 6−4

𝑚2 =

0.29 − 0.40 = −0.055 8−6

𝑚3 =

0.23 − 0.29 = −0.03 10 − 8

𝑚4 =

0.20 − 0.23 = −0.015 12 − 10

𝑚5 =

0.16 − 0.20 = −0.02 14 − 12

(−0.105) + (−0.055) + (−0.03) + (−0.015) + (−0.02) = −0.045 5

Está pendiente representa la diferencia de potencial que existe entre las placas del condensador en relación con el campo eléctrico a diferente distancia de separación cuando el voltaje es constante.

7. Como es la relación entre el campo eléctrico entre las placas del condensador y la distancia de separación entre ellas? La relación es proporcional inversa: ya que mientras la distancia de separación es

TABLA 3 18 16

DISTANCIA

14 12 10 8 6 4 2 0 0

20

40

60

80

100

120

140

VOLTAJE

mayor, el campo eléctrico de las placas es menor.

8. Con la tabla 3 elabore un gráfico de Voltaje vs distancia entre las placas

9. Determine la pendiente de esta gráfica. Qué relación obtiene? 𝑚=

𝑦2 − 𝑦1 𝑋2 − 𝑋1

50 − 25 = 6.25 8−4 75 − 50 𝑚2 = = 6.25 12 − 8 𝑚1 =

𝑚 ̅=

𝑚3 =

100 − 7.5 = 6.25 16 − 12

𝑚4 =

125 − 100 = 6.25 20 − 16

6.25 + 6.25 + 6.25 + 6.25 = 5 4

10. Si las placas de un condensador cargado, se acercan entre si. Que sucede con la diferencia de potencial, la capacidad y la energía almacenada? La diferencia de potencial aumentaría, ya que la distancia es inversamente proporcional a la diferencia de potencial, la capacitancia aumentaría ya que la capacitancia es inversamente proporcional a la distancia, por tanto si hay mayor capacitancia hay más capacidad de almacenar energía, por tanto la energía almacenada también aumentaría.



CONCLUSIONES Con este laboratorio analizamos la relación entre la intensidad del campo eléctrico y la diferencia de potencial de las placas de un condensador de placas paralelas, manteniendo constante la distancia de separación entre ellas; y manteniendo constante la diferencia de potencial entre ellas.



Un condensador es un dispositivo que almacena la carga eléctrica que puede conducir corriente continua.



Todo objeto que sea conductor eléctrico distribuye su carga eléctrica sobre su superficie.



Aprendimos que la diferencia de potencial entre las placas del condensador, está relacionada con el campo eléctrico entre ellas y su distancia de separación.