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ESCUELA DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA Y FÍSICA PRÁCTICAS DE LABORATORIO*

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E.F.P INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

PRACTICA Nº 4

“ESTUDIO DEL CONDENSADOR” ASIGNATURA

: FS 242 (Física II)

PROFESOR

: ORE GARCÍA, Julio.

ALUMNOS

: ANAMPA PRADO, Katia Leonela GALINDO GONZALES, Rosmery INCA HUARCAYA, Susy María VENTURA CHAICO, Flor Diana

GRUPO

: viernes (3-6 pm)

SEMESTRE ACAD

: 2018-II

FECHA DE EJECUCION : 09/11/18 FECHA DE ENTREGA

: 22/11/18

AYACUCHO-PERU 2018

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LABORATORIO Nº 4 ESTUDIO DEL CONDENSADOR OBJETIVOS  Medir la capacidad de un condensador con un multímetro.  Hallar la capacidad equivalente de una asociación de condensadores en serie y paralelo  Analizar las relaciones de distancia y material dieléctrico entre las placas de un condensador plano.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA Dos placas conductoras paralelas aisladas con cargas iguales y opuestas forman un condensador plano. Despreciando los efectos de borde se define la capacidad Q C

S k

Vab

, siendo Q la carga en una placa, Vab la diferencia de potencial entre las

0

d

placas, k la constante dieléctrica del medio,

0

permitividad del vacío, S el área de una placa

y d la distancia entre placas. En una asociación de condensadores en serie se cumple que la inversa de la capacidad equivalente es igual a la suma de las inversas de la capacidad de cada condensador y en una asociación en paralelo la capacidad equivalente es igual a la suma de la capacidad de cada condensador.

CONDENSADOR Los capacitores o condensadores son dispositivos electrónicos pasivos cuya función es almacenar carga eléctrica de manera temporal, a diferencia de una pila estos en cuanto se les quite la fuente de alimentación se descargan automáticamente. En resumen, la función de un capacitor o condensador es almacenar energía de manera instantánea y liberarla de igual manera cuando se lo desee. Existen muchos tipos de capacitores, pero todos en su interior están formados por dos placas paralelas enfrentadas, cada una de estas placas poseen la misma magnitud de carga eléctrica, pero de diferente signo.

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La carga eléctrica almacenada en el capacitor se la denomina con la letra Q. Entre medio de dichas placas se encuentra un material denominado dieléctrico y la función de este es aumentar la diferencia de potencial máxima que el capacitor o condensador pueden soportar. La unidad en la que se mide la capacidad o capacitancia de un capacitor es el “faradio” en el sistema internacional de medidas (SI). Un faradio equivale a una carga eléctrica de un Coulomb cuando se le aplica una tensión de un Volt entre sus terminales. En los usos comunes, la capacidad de los capacitores se expresa en submúltiplos del faradio, mf/nf/pf.

CAPACITORES EN PARALELO Siempre es posible, en una red de capacitores reemplazar toda la red por un capacitor equivalente (claro que dependemos de que el capacitor equivalente este disponible comercialmente). Pero bueno supongamos que tenemos dos capacitores en paralelo, y queremos calcular el capacitor equivalente ¿como hacemos?

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Es muy simple, cuando tenemos condensadores en paralelo como en la imagen de arriba, simplemente para calcular un condensador equivalente tendremos que sumar las capacitancias de cada uno de ellos.

Como dijimos antes, colocar el condensador equivalente es exactamente igual que colocar los otros tres. CAPACITORES EN SERIE Lo mismo ocurre cuanto tenemos dos o mas capacitores en serie, pero para este caso el calculo es un poco mas complejo, tenemos que sumar las inversas de las capacitancias y luego despejar el valor equivalente.

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FUNCIÓN ELÉCTRICA DEL CONDENSADOR La función del condensador, es la de almacenar energía eléctrica. El condensador está cargado cuando se iguala la tensión Uc entre las placas del condensador y la tensión de alimentación Uca . El movimiento de electrones entre las placas o armaduras del condensador es la corriente eléctrica capacitiva IC que fluye por las líneas y suministra energía eléctrica al condensador, provocando la aparición de un campo eléctrico entre las placas del condensador. Si se interrumpe IC la energía queda almacenada en el campo eléctrico, esto es, en el condensador.

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PROCEDIMIENTOS (P), RESULTADOS (R) Y CUESTIONARIO (C)

MATERIALES: Condensadores cerámicos y electrolíticos, multímetro digital, protec board, sistema de un condensador plano de distancia variable, un multímetro digital y conectores.

1. Medir la capacidad de un condensador con un multímetro 1.1 (P) Observe como medir la capacidad de un condensador en un multímetro digital según indicaciones del profesor. (R) Haga un esquema.

1.2 (P) Observe y distinga los distintos tipos de condensador. Lea la capacidad nominal indicada en el condensador, según esto elija una escala superior adecuada para medir la capacidad en el multímetro, mida la capacidad de los distintos condensadores. Anote también el voltaje del condensador, (C) con estos datos calcule la carga máxima que almacena los condensadores usados

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CONDENSADOR CERAMICO

DEFINICION C-7  No hay polaridad  Baja capacidad  Almacena baja carga

C-8  No hay polaridad  Baja capacidad  Almacena baja carga

C-9  No hay polaridad  Baja capacidad  Almacena baja carga

CONDENSADORES CERAMICOS CONDENSADOR 7

CONDENSADOR 8

CONDENSADOR 9

CODIGO

183

YR 103

153

VALOR REAL

19,04 nF

10,40 nF

16,04 nF

ESCALA

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1.3 (C) La Tierra puede ser considerada como un condensador esférico. Calcule cuánto vale su capacidad. Un condensador esférico está formado por dos superficies conductoras esféricas, concéntricas de radios a y b, cargadas con cargas iguales y opuestas +Q y – Q, respectivamente. Situamos imaginariamente, una superficie esférica concéntrica de radio r, para determinar el campo eléctrico en las distintas regiones aplicando la ley de Gauss. La tierra si puede ser considera como un condenador esférico Su capacidad de diámetro es: 6370 Km /Radio

2. Hallar y medir la capacidad equivalente de una asociación de

condensadores en serie y paralelo 2.1 (P) Haga una asociación en paralelo con 2 condensadores. (R) Con los valores medidos en 1.2. halle el valor de la capacidad equivalente y (P) compruébelo experimentalmente.

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EN PARALELO: CONDENSADOR 7 Y 8 CAPACIDAD EQUIVALENTE 29,0nf

29,44nF

DEMOSTRACION: 𝑪𝒆𝒒 = 𝑪𝟕 + 𝑪𝟖 𝑪𝒆𝒒 = 𝟏𝟗, 𝟎𝟒 𝒏𝒇 + 𝟏𝟎, 𝟒𝟎 𝒏𝒇 𝑪𝒆𝒒 = 𝟐𝟗, 𝟒𝟒𝒏𝒇 ≅ 29, 0nf

2.2 (P) Haga una asociación en serie con 2 condensadores. (R) Con los valores medidos en 1.2. halle el valor de la capacidad equivalente y (P) compruébelo experimentalmente.

EN SERIE: CONDENSADOR 7 Y 8 CAPACIDAD EQUIVALENTE 6,69 nf

6,67 nf

𝑫𝑬𝑴𝑶𝑺𝑻𝑹𝑨𝑪𝑰𝑶𝑵 𝟏 𝟏 𝟏 = + 𝑪𝒆𝒒 𝑪𝟕 𝑪𝟖

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𝟏 𝟏 𝟏 = + 𝑪𝒆𝒒 𝟏𝟗, 𝟎𝟒 𝟏𝟎, 𝟒𝟎 𝟏 = 𝟎. 𝟏𝟓 𝑪𝒆𝒒 𝑪𝒆𝒒 = 𝟔, 𝟔𝟕 𝒏𝒇

2.3 (P) Haga una asociación mixta de condensadores. (R) Con los valores medidos en 1.2. halle el valor de la capacidad equivalente y (P) compruébelo experimentalmente.

EN SERIE () Y EN PARALELO (): MIXTO CAPACIDAD EQUIVALENTE

ESCALA 7,96 nF

EN SERIE: (3y1) 1 1 1 = + = 𝐶𝐸𝑞 EN PARALELO

3. Condensador plano:

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3.1 (P) Instale el sistema de un condensador plano según indicaciones del profesor

3.2 (P) Mida el diámetro de las placas paralelas del condensador Diámetro =23,6 cm Espesor = 0,5 mm 3.3 (P) Conecte el multímetro al condensador, antes fíjelo en la opción capacímetro en su mayor escala.

3.4 (P) A diferentes distancias en la escala del condensador mida su capacidad, espere unos segundos antes de medirlo.

DISTANCIA (mm)

INVERSA DE DISTANCIA (m)

CAPACIDAD (pF)

2mm

500 m

265pF

3 mm

333.3 m

171pF

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4 mm

250 m

139pF

5 mm

200 m

114 pF

6mm

166.7 m

100 pF

7 mm

142.85 m

90pF

8 mm

125 m

82 pF

3.5 (R) Grafique la capacidad versus inversa de la distancia. Haga un ajuste por mínimos cuadrados y con los datos medidos calcule la constante dieléctrica del aíre y compárelo con las referencias.

3.6 (P) Repite el paso 3.4 y 3.5 fijando un dieléctrico pegado a una de las placas.

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DISTANCIA (mm)

INVERSA DE DISTANCIA (m)

CAPACIDAD (pF)

5 mm

200 m

169pF

6 mm

166.7 m

130 pF

7 mm

142.85 m

109 pF

8 mm

125 m

96 pF

9 mm

111.1 m

85 pF

10 mm

100 m

75 pF

11 mm

90.9 m

72 pF

3.7 (R) Grafique la capacidad versus inversa de la distancia. Haga un ajuste por mínimos cuadrados y con los datos medidos, incluso con el cálculo anterior, estime la constante dieléctrica del dieléctrico. No olvide que se trata de una asociación en serie.

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3.8 (R) Compare, analice y comente sus resultados con y sin dieléctrico Se observo que a mayor distancia la capacidad disminuye, en la práctica a una distancia de 2mm tiene una capacidad de 0.265nf y a una distancia de 8mm tiene una capacidad de 0.082nf, al realizar con el dieléctrico notamos que este que este mejora la capacidad en el caso de 8mm su capacidad fue 0.096nf.

3.9 (C) Discuta la razón de la presencia de los dieléctricos en los condensadores comerciales, ¿cuáles son los más usados? •

CONDENSADORES DE MICA: Es un dieléctrico de unas características

intermedias entre los condensadores electrolíticos y los de película, teniendo una rigidez dieléctrica alta y otras características excelentes, como muy bajas pérdidas, pero su capacidad se limita hasta los 4700 pF aproximadamente. •

CONDENSADORES CERÁMICOS: Son los que tienen un mayor rango de

valores de su constante dieléctrica, pudiendo llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vacío. •

CONDENSADORES ELECTROLÍTICOS: son utilizados principalmente

para rectificar tensiones continuas. •

CONDENSADORES VARIABLES: Son condensadores provistos de un

mecanismo que tienen una capacidad ajustable entre diversos valores a elegir, o bien

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tienen una capacidad variable dentro de grandes límites. Los primeros se llaman trimmers y los segundos condensadores de sincronización, y son muy utilizados en receptores de radio, TV, etc, para igualar la impedancia en los sintonizadores de las antenas y fijar la frecuencia de resonancia para sintonizar la radio.

CONCLUSIONES:  Medimos la capacidad de los condensadores utilizando el multímetro.  Hallamos la capacidad equivalente de una asociación de condensadores en serie, paralelo y mixto lo cual realizamos en el experimento 2 y comparamos con la capacidad equivalente que realizamos. 

BIBLIOGRAFIA Golderber. Física general y experimental II, Pág. 363-365 Ministerio de Educación. Manual de Laboratorio de Física, Pág. 236-240 UNI. Guía de laboratorio, Pág. 123-129

* Elaborado por Fis. Julio Oré