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Informe # 4: VARIACIÓN DE LA CAPACITANCIA Y SU EFECTO EN EL ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA Subgrupo: 2 Christiam Jose Daniel Hernandez Diaz 2184623

Erwin Mauricio Blanco Otero

Wilson Sneyder Sierra Mayorga

2184673

2184599

Laboratorio de Física II Grupo D2A Profesor: Sandra Corzo

I.

INTRODUCCIÓN

II.

Los capacitores guardan una relación entre sus cargas acumuladas y sus potenciales las cuales generan una constante que es llamada capacidad o capacitancia. En este informe se busca analizar el fenómeno físico de la capacitancia tomando como referencia un condensador de placas paralelas y estableciendo mediante cálculos, la relación de la capacitancia con el área de las placas, la constante dieléctrica para ciertos materiales y la distancia entre las placas en presencia de éstos. Se tomarán varios casos y se procederá a calcular su capacitancia. Para la práctica de laboratorio, cada uno de los experimentos realizados están explicados y examinados minuciosamente a lo largo del texto, todo esto con el fin de comprobar la teoría y las propiedades de los dos temas propuestos

OBJETIVOS



Determinar experimentalmente configuraciones de conexión entre capacitores y de la capacidad almacenamiento de energía.



Determinar las variaciones en la capacitancia por las modificaciones de la distancia o el área de dos placas paralelas separadas por un vacío.



Medir la capacidad de almacenamiento de energía a partir del tiempo de descarga en un circuito.

III.

las los de

MARCO TEÓRICO

Capacitor: Un condensador (en inglés, capacitor,1 2 nombre por el cual se le conoce frecuentemente en el ámbito de la electrónica y otras ramas de la física aplicada), es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y

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electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.

[ CITATION Pro20 \l 21514 ]

Capacitancia o Capacidad Eléctrica: En electromagnetismo y electrónica, la capacitancia1 o capacidad eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacitancia también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente expresión matemática:

[ CITATION web \l 21514 ] Conexión en Paralelo: El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida. Siguiendo un símil hidráulico, dos tinacos de agua conectados en paralelo tendrán una entrada común que alimentará simultáneamente a ambos, así como una salida común que drenará a ambos a la vez. Las bombillas de iluminación de una casa forman un circuito en paralelo, gastando así menos energía. En función de los dispositivos conectados en paralelo, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones

Dónde: 

 

C: es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio. Q: es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios; V: es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.

[ CITATION Pro201 \l 21514 ] Conexión en Serie: Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos los cuales están unidos para un solo circuito (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencialmente. La terminal de salida del dispositivo uno se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente. Siguiendo un símil hidráulico, dos depósitos de agua se conectarán en serie si la salida del primero se conecta a la entrada del segundo. Una batería eléctrica suele estar formada por varias pilas eléctricas conectadas en serie, para alcanzar así el voltaje que se precise. En función de los dispositivos conectados en serie, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones:

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[ CITATION web \l 21514 ] IV.

METODOLOGÍA

A continuación, se describen las diferentes experiencias y procedimientos realizados durante el Laboratorio.

Fase uno Identificar las variables que pueden ser modificadas en el experimento y que pueden afectar la capacitancia, la carga eléctrica en las superficies y la energía almacenada por el dispositivo a simular. Se deben tener en cuenta las relaciones teóricas entre estas variables. Adicionalmente, se deben considerar qué variables pueden causar que un experimento real tenga diferentes resultados que un experimento simulado. Ingresar a https://phet.colorado.edu/en/simulation/capacitor-labbasics

2. Coloque 1.5[V] en la batería para cargar el capacitor. Registre la energía almacenada en la Tabla 3 (E 100%). 3. Calcule el valor equivalente al 36.8% de la energía almacenada, escríbalo en la Tabla 3. 4. Cambie la conexión del capacitor, de la batería a la bombilla. 5. Con un cronómetro, registre el tiempo desde que enciende la bombilla hasta a) la energía almacenada caiga a 13.5% de su valor inicial b) la energía llegue a cero.

Fase dos

Tome tres tiempos y registre el valor promedio y la desviación en la Tabla 3.

Vamos a observar las variaciones sobre la capacitancia cuando variamos el área de las placas paralelas teniendo un vacío en medio.

6. Halle el valor de la resistencia experimental de la bombilla.

1. La separación entre las placas debe ser constante (escoja un valor entre 3 y 6 mm). 2. Varíe el área de las placas usando 5 diferentes valores y regístrelos en la Tabla 1. 3. Grafique C vs. A (capacitancia en el eje vertical, área en el horizontal) usando los valores teóricos. Ubique en la misma gráfica los valores registrados experimentalmente.

Fase tres Vamos a observar las variaciones en la capacitancia cuando la distancia de separación entre las placas cambia, teniendo en medio el vacío. 1. El área debe permanecer constante (escoja un valor entre 150 y 300 mm2). 2. Varíe la separación entre placas usando 5 valores diferentes y regístrelos en la Tabla 2. 3. Grafique C vs. d (capacitancia en el eje vertical, distancia en el horizontal) usando los valores teóricos, coloque los valores experimentales en la misma gráfica.

Fase cuatro Finalmente, vamos a probar la capacidad de almacenamiento de energía en un dispositivo mediante la medición del tiempo en que permanece una bombilla (Resistencia) encendida. 1. Escoja un valor de capacitancia.

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7. Repita los pasos anteriores con otros dos valores de capacitancia.

V.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN CONCLUSIONES REFERENCIAS

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