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CONDENSADOR DE PLACAS PARALELAS

Carlos Jesús Contreras Barreto Docente

Universidad Francisco de Paula Santander San José de Cúcuta (Norte de Santander) Física Electromagnética Ingeniería Industrial Abril del 2019

RESUMEN

En esta práctica de laboratorio teníamos como objetivo analizar lo que plantea la ley de Ohm y comprobar cuál es la relación entre el voltaje y la intensidad de corriente, mediante la utilización de tres resistencias de diferente valor (100 Ω, 220 Ω, 330 Ω) y por ultimo un bombillo, así utilizando la caja de conexión, podíamos tomar los valores al situar una de las resistencias o el bombillo en la caja, el programa instalado en el computador nos permite observar los diferentes valores que se adquieren para el voltaje y la intensidad, ya con estos valores se realiza la gráfica de V contra I para el caso de las tres resistencias y el bombillo, el resultado de la gráfica nos demuestra que la relación es directamente proporcional entre estas dos, se tiene en cuenta que si se denota una línea recta se dice que la relación es lineal y constante y se da a entender que en este caso se cumple la ley de ohm, estos materiales reciben el nombre de materiales óhmicos, en el caso de los materiales no óhmicos son los cuales la ley de ohm no se cumple es decir, que al tomar los valores de voltaje e intensidad y al graficarlos su relación no va a ser lineal es decir, no se formara una línea recta.

Al realizar el experimento se evidenció que las tres resistencias mantienen una relación lineal en cuanto a intensidad y voltaje, esto las hace ser materiales óhmicos, en cambio el bombillo al no formar línea recta y no ser constante se llega a decir que este es un material no óhmico, el cual no cumple la ley de Ohm.

OBJETIVOS

Objetivo General: Analizar el funcionamiento de un condensador elemental. Objetivos Específicos:  Analizar y comprender el funcionamiento de los condensadores eléctricos.  Tener en cuenta los cambios que se dan en los campos eléctricos cuando se separan las placas paralelas.  Analizar la relación entre intensidad y la diferencia de potencial de las placas paralelas de un condensador. .

MARCO TEORICO

CONDENSADOR Se denomina condensador al dispositivo formado por dos conductores cuyas cargas son iguales, pero de signo opuesto. La capacidad C de un condensador se define como el cociente entre la carga Q y la diferencia de potencia V-V’ existente entre ellos.

La unidad de capacidad es el farad o faradio F, aunque se suelen emplear submúltiplos de esta unidad como el microfaradio µF=10-6 F, y el picofaradio, pF=10-12 F. Un condensador acumula una energía U en forma de campo eléctrico. La fórmula como demostraremos más abajo es

CONDENSADOR DE PLACAS PARALELAS Para entender algunos de los factores que determinan el valor de la capacitancia de un dispositivo consideraremos un capacitor conformado por un par de placas planas paralelas. Si + y - son las densidades superficiales de carga eléctrica en las superficies de área A, las cargas eléctricas en las placas tienen magnitudes +Q y – Q, respectivamente, con Q = dA. Como las cargas eléctricas en las placas son de diferente tipo, tienden a atraerse, por lo que quedan depositadas en las superficies internas del capacitor. La diferencia de potencial eléctrico para este dispositivo:

en donde d es la distancia de separación entre las placas, y es la permisividad eléctrica del vacío. Sustituyendo la expresión para la densidad de carga en términos de la carga eléctrica, tenemos:

Capacitor de placas planas paralelas con cargas de diferente tipo, y líneas de campo en su interior por lo que al compararla con la expresión 1, encontramos que la capacitancia para el capacitor de placas planas paralelas es:

12)

Elabore un gráfico de voltaje vs campo eléctrico cuando la distancia de separación entre las placas de un condensador es fija (tabla 1).

V vs E 140 120 120 100 100 80 80 60 60 40

40 20 20 0 0.47

0.96

1.47

V 20 40 60 80 100 120

2)

1.96

2.47

2.97

E 0,47 0,96 1,47 1,96 2,47 2,97

Determine la pendiente de esta gráfica. ¿Qué significa? 𝑌2 − 𝑌1 𝑋2 − 𝑋1 𝑚1= 2.97−2.47120−100= 0.025 1.96 − 1.47 𝑚2 = = 0.0245 80 − 60 0.96 − 0.47 𝑚3 = = 0.0245 40 − 20 𝑚=

𝑚𝑝𝑟𝑜𝑚 =

0.025 + 0.0245 + 0.0245 = 0.02466 3

La pendiente de esta grafica representa la distancia de separación entre las placas del condensador.

3) Cómo es la relación entre el campo eléctrico de las placas de condensador y el voltaje aplicado.

La relación entre el voltaje y el campo eléctrico es lineal y es directamente proporcional ya que si el voltaje aumenta el campo eléctrico también aumenta en la misma proporción.

4) Si se hubiesen tomado datos con una distancia entre las placas del condensador diferente, ¿cambiaría la pendiente de esta gráfica?

Teniendo en cuenta que el valor de la pendiente representa la distancia de separación entre las placas del condensador, resulta verídico afirmar que al alterar dichos valores de distancia la pendiente de la gráfica, por consiguiente, cambie.

5) Grafique con los datos de la tabla 2, la relación entre el Campo eléctrico y el inverso de la distancia de separación de las placas del condensador (1/d), cuando el voltaje es constante.

E

vs

1/d(m)

30

25 20 15 10 5 0 0.49

0.26

0.18

0.13

0.09

0.06

Gráfico 2. Campo eléctrico vs el inverso de la distancia

𝑲𝑽

D (m)

E (𝒎)

1/D(m)

0.04

0.49

25

0.06

0.26

16.66

0.08

0.18

12.5

0.1

0.13

10

0.12

0.09

8.33

0.14

0.06

7.143

Tabla 2. 20 V

6)

Determine la pendiente de esta gráfica. ¿Qué representa? 𝒎=

𝑚1 =

0.26 − 0.49 = 0.0275 16.66 − 25

𝑚2 =

0.13 − 0.18 = 0.02 10 − 12.5

𝑚3 =

0.06 − 0.09 = 0.0253 7.143 − 8.33

𝑚𝑝𝑟𝑜𝑚 =

𝒀𝟐 − 𝒀𝟏 𝑿𝟐 − 𝑿𝟏

0.0275 + 0.02 + 0.0253 = 0.0243 3

7) ¿Cómo es la relación entre el campo eléctrico entre las placas del condensador y la distancia de separación entre ellas? Partiendo de la información obtenida de la tabla anterior (tabla 2); Es posible afirmar que la relación existente entre el campo eléctrico y la distancia de separación entre las placas del condensador es inversamente proporcional, ya que a medida que la distancia de separación entre las placas aumenta, el campo eléctrico generado disminuye.

8)

Con la tabla 3 elabore un gráfico de voltaje vs d.

Voltaje vs Distancia(m) 140 120 100 80 60 40 20

0 0.04

0.08

0.12

0.15

0.18

Gráfico 3. Campo eléctrico vs el inverso de la distancia V

D (m)

25

0.04

50

0.08

75

0.12

100

0.15

125

0.18

Tabla 3. 9)

Determine la pendiente de esta gráfica. ¿Qué información obtiene? 𝒎=

𝑚=

𝒀𝟐 − 𝒀𝟏 𝑿𝟐 − 𝑿𝟏

125 − 25 = 714.28 0.18 − 0.04

El valor de la pendiente nos indica el campo eléctrico.

10) Si las placas de un condensador cargado, se acercan entre sí. ¿Qué sucede con la diferencia de potencial, la capacidad y la energía almacenada? Si disminuyo la distancia de separación entre las placas aumentará la capacidad y disminuirá el potencial; adicionalmente, aumentará la energía almacenada. La capacidad de un condensador plano, es proporcional a la superficie e inverso a la distancia, aunque la fuerza es el cuadrado de la distancia. La diferencia de potencial eléctrico, tiene relación directamente proporcional con la distancia entre las placas pues se define como el trabajo por unidad de carga que debe realizarse para mover una carga de un punto a otro y el trabajo depende de la distancia recorrida. 11)

¿Para qué sirve un condensador?

Un condensador eléctrico (también conocido como capacitor) es un dispositivo capaz de almacenar carga eléctrica. Está compuesto por dos placas metálicas que no llegan a tocarse (de ahí su símbolo circuital) y entre las que se existe un elemento dieléctrico (una sustancia que conduce mal la electricidad), lo que genera una diferencia de voltaje entre ambas placas. Los condensadores son utilizados principalmente para filtrar la señal. Si tenemos una señal eléctrica donde su voltaje oscila, cuando el voltaje caiga, el condensador 10erá el encargado de suministrar el voltaje para mantenerlo constante y estable. 12) Un capacitor de placas paralelas se carga conectándolo a una batería y luego se desconecta de ésta. Después se duplica la distancia de separación entre las placas. ¿Cómo cambia el campo eléctrico, la diferencia de potencial y la energía total? Dé una explicación de su razonamiento Existe una variación entre el campo eléctrico y la distancia, es decir que, a medida que aumenta la distancia de separación entre las placas, el campo eléctrico disminuye. Adicionalmente la diferencia de potencial disminuye.

CONCLUSIONES

 Las relaciones entre la intensidad del campo eléctrico y la separación de placas fueron demostradas y observadas de forma que pudieran quedar lo más claro posibles los conceptos.  Se mantuvo un análisis constante de los campos eléctricos manteniendo una constante de distancias entre las placas.

 Se comprendió el proceso básico que realizan lo condensadores elementales en proceso de campo eléctrico controlado.

Bibliografía y webgrafía

   

Electrical capacitance||Basic Principles of Electricity. Youtube. Capacitors and Capacitance: Capacitor physics and circuit operation. Youtube. 8.02x - Lect 16 - Electromagnetic Induction, Faraday's Law, Lenz Law, SUPER DEMO. Youtube. Clase 45: Capacitores; Capacitancia y dieléctricos. Youtube.

 https://como-funciona.co/un-condensador/