PRACTICO 5 FIS 200.doc

PRACTICA #5 CAPACITORES Y DIELECTRICOS 1. MARCO TEÓRICO CAPACITORES.- Se llama capacitor a un dispositivo que almacena c

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PRACTICA #5 CAPACITORES Y DIELECTRICOS 1. MARCO TEÓRICO CAPACITORES.- Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor 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 capacitor 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 capacitor se encuentra cargado con una carga Q. Los capacitores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante (por lo cual podemos decir que los capacitores, para las señales continuas, es como un cortocircuito), 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, pero si queremos que pase la alterna DIELECTRICOS.- Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente, y su función es aumentar la capacitancia del capacitor. Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tienen diferentes grados de permitividad, diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico. Mientras mayor sea la permitividad, mayor es la capacidad del condensador 2. OBJETIVOS. 2.1 OBJETIVO PRINCIPAL. •

Estudiar el comportamiento de un condensador con y sin dieléctrico.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. • • •

Determinar la capacidad de un condensador de placas paralelas (sin dieléctrico), por dos métodos diferentes. A partir de la gráfica Q=f(AV), determinar gráficamente la capacitancia del condensador y compararla con los métodos anteriores. Determinar la constante dieléctrica de dos materiales y compararla con datos reales (Internet)

3. EQUIPO Y MATERIAL UTILIZADO

Una base Una fuente de alimentación de 450 voltios Una fuente de regulación de voltaje (variag) Un multímetro Un censor de carga Un sistema de adquisición de datos Un condensador de placas paralelas cuadradas Un extensor de corriente Doce dieléctricos Un conmutador Un flexómetro Seis cables Un calibrador 4. ESQUEMA DE LA PRACTICA

5. RESUMEN DE LA PRACTICA • • • • • • • • •

Montaje del equipo a utilizar Medición de uno de los lados del condensador de placas paralelas Cálculo del área de las placas paralelas Medición de la distancia de separación entre las placas paralelas Determinación de la diferencia de potencial y de la carga entre las placas paralelas Cálculo de la capacitancia por el primer método Cálculo de la capacitancia por el segundo método Cálculo de la constante dieléctrica del cartón prensado Cálculo de la constante dieléctrica de la cartulina

6. TABULACIÓN DE DATOS EXPERIMENTALES Y ANALÍTICOS

Primer método Variables experimentales Nº

∆V(V)

Carga(Coul)

1

21.1

8.59*10-9

2

33.6

1.383*10-8

3

38.2

1.567*10-8

4

44.2

1.891*10-8

Segundo método Variables experimentales Nº

d(m)

1

8.6*10-4

2

8.6*10-4

3

8.6*10-4

4

8.6*10-4

Permetivida d

Lado(m)

εo (C2/Nm2)

0.2

8.85*10-12

Determinación de la constante dieléctrica del cartón prensado Variables experimentales Nº 1

∆V(V) 29.3

Q ( C)

d(m)

2.8166*10

-8

1.42*10

-8

1.42*10-3

Lado(m)

Cte. εo 2 (C /Nm2)

0.2

8.85*10-12

-3

2

34.7

3.3512*10

3

37.7

3.5832*10-8

1.42*10-3

4

42.7

4.0901*10-8

1.42*10-3

Determinación de la constante dieléctrica de la cartulina Variables experimentales Nº

∆V(V)

Q ( C)

d(m)

1

17.6

6.7522*10-8

3.2*10-4

2

25.2

9.5202*10-8

3.2*10-4

3

29.6

1.1355*10-7

3.2*10-4

4

34.6

1.3097*10-7

3.2*10-4

7. MODELOS MATEMATICOS

Lado(m)

Cte. εo (C2/Nm2)

0.2

8.85*10-12

8. TABULACIÓN DE RESULTADOS Primer método Variables experimentales

Variable calculada



∆V(V)

Carga(Coul)

C(Farad) 4.0758*10-

1

21.1

8.59*10-9

10

4.1160*102

33.6

1.383*10-8

38.2

-8

10

4.1020*103

1.567*10

10

4.2783*104

44.2

-8

1.891*10

10

Segundo método Variables experimentales Lado(m)

Permitivid ad

Variables calculadas ÁREA(m 2 εo (C2/Nm2) ) C(Farad)



d(m)

1

8.6*10-4

4.1163*10-10

2

8.6*10-4

4.1163*10-10

3

8.6*10-4

4.1163*10-10

4

8.6*10-4

0.2

8.85*10-12

0.04

4.1163*10-10

Determinación de la constante dieléctrica del cartón prensado Variables experimentales Nº

∆V(V)

Q ( C)

d(m)

1 2

29.3 34.7

2.8166*10-8 3.3512*10-8

1.42*10-3 1.42*10-3

Lado(m) 0.2

Cte. εo (C2/Nm2) 8.85*10-12

Variables calculadas ÁREA(m2) 0.04

K 3.856 3.8739

3

37.7

3.5832*10-8

1.42*10-3

3.8125

4

42.7

4.0901*10-8

1.42*10-3

3.8423 3.8462

Promedio:

Determinación de la constante dieléctrica de la cartulina Variables experimentales

Variables calculadas ÁREA(m2)



∆V(V)

Q ( C)

d(m)

1

17.6

6.7522*10-8

3.2*10-4

3.468

2

25.2

-8

9.5202*10

-4

3.2*10

3.415

3

29.6

1.1355*10-7

3.2*10-4

34.6

-7

-4

4

1.3097*10

Lado(m)

Cte. εo (C2/Nm2)

3.2*10

K

3.4677 0.2

8.85*10

-12

0.04 Promedio:

3.4217 3.4431

9. ELABORACIÓN DE GRÁFICOS GRAFICO #1 (Q VS ∆V)

2.00E-08 1.80E-08 1.60E-08 1.40E-08 1.20E-08 1.00E-08

Serie1

8.00E-09 6.00E-09 4.00E-09 2.00E-09 0.00E+00 21.1

33.6

38.2

44.2

GRAFICO #2 (Q*d VS ∆V*A*εo) Cartón prensado

∆V(V)

Carga(Co ul)

21.1

8.59E-09

33.6

1.38E-08

38.2

1.57E-08

44.2

1.89E-08

7.00E-11 6.00E-11 5.00E-11 4.00E-11 Serie1

3.00E-11 2.00E-11 1.00E-11 0.00E+00 1.04E-11

∆V 29.3 34.7 37.7 42.7

Q 2.82E-08 3.35E-08 3.58E-08 4.09E-08

1.32E-11

d 1.42E-03 1.42E-03 1.42E-03 1.42E-03

1.33E-11

εo

ÁREA

8.85E-12

0.04

1.51E-11

Q*d 4.00E-11 4.76E-11 5.09E-11 5.81E-11

∆V*A*εo 1.04E-11 1.32E-11 1.33E-11 1.51E-11

GRAFICO #3 (Q*d VS ∆V*A*εo) Cartulina 4.50E-11 4.00E-11 3.50E-11 3.00E-11 2.50E-11

Serie1

2.00E-11 1.50E-11 1.00E-11 5.00E-12 0.00E+00 6.23E-12

8.92E-12

∆V

Q

d

17.6 25.2 29.6 34.6

6.75E-08 9.52E-08 1.14E-07 1.31E-07

3.20E-04 3.20E-04 3.20E-04 3.20E-04

10. AJUSTE DE CURVAS

1.05E-11

εo

8.85E-12

1.22E-11

ÁREA

Q*d

∆V*A*εo

0.04

2.16E-11 3.05E-11 3.63E-11 4.19E-11

6.23E-12 8.92E-12 1.05E-11 1.22E-11

GRAFICA 1 2.50E-08 y = 3E-09x + 6E-09 2.00E-08

1.50E-08 Serie1 Lineal (Serie1) 1.00E-08

5.00E-09

0.00E+00 21.1

33.6

38.2

44.2

GRAFICA 2 7.00E-11 6.00E-11

y = 6E-12x + 3E-11

5.00E-11 4.00E-11 3.00E-11

Serie1 Lineal (Serie1)

2.00E-11 1.00E-11 0.00E+00 1.04E-11

1.32E-11

1.33E-11

1.51E-11

GRAFICA 3 4.50E-11 4.00E-11

y = 7E-12x + 2E-11

3.50E-11 3.00E-11 2.50E-11

Serie1 Lineal (Serie1)

2.00E-11 1.50E-11 1.00E-11 5.00E-12 0.00E+00 6.23E-12

8.92E-12

1.05E-11

1.22E-11

11. DETERMINACION DEL ERROR

12. CUESTIONARIO 1.- Cuando se conectan condensadores en serie, el condensador resultante es mayor o menor que los condensadores usados. • Al conectar condensadores en serie, el condensador equivalente es menor a los condensadores usados ya que la sumatoria de las inversas de los condensadores usados es igual a la inversa del condensador equivalente: 1 = 1 + 1 Ceq C1 C2 2.- Cuando se conectan condensadores en paralelo, el condensador resultante es mayor o menor que los condensadores usados. • Al conectar condensadores en paralelo, el condensador resultante llega a ser mayor que los condensadores utilizados, ya que la sumatoria de los condensadores usados es igual al condensador equivalente: Ceq = C 1 + C 2 3.- Mencione con que otro nombre se conoce a los materiales dieléctricos. • Se los conoce también con el nombre de aislantes eléctricos 4.- Si las placas del condensador no fueran iguales, es decir una más grande que la otra, en la relación del área ¿cuál de las placas deberá considerarse?¿la grande o la pequeña? • Se debe tomar en cuenta al área de la placa pequeña ya que es esta la que genera el campo eléctrico 5.-La capacitancia es directamente proporcional al voltaje o a la carga. • Es directamente proporcional a la carga como se puede ver en la siguiente formula:

6.- Investigue sobre los tipos de dieléctricos más usados y cual de ellos es el mejor.



Algunos de los dieléctricos utilizados son el vidrio, la cerámica, la goma, la mica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. Los más utilizados son y los mejores son el aire, el papel y la goma

7.- ¿El aire puede ser considerado como dieléctrico? Si es cierto ¿Cuál es el valor de la constante dieléctrica para el aire? • Si el aire es considerado como un dieléctrico, su constante dieléctrica es de 1.00059 8.-Investigue cuales son lo elementos de un condensador, su función y su clasificación. •

13. CONCLUCIONES

14. BIBLIOGRAFIA http://www.inele.ufro.cl/bmonteci/semic/apuntes/capacitores/capacitores.htm http://www.unicrom.com/Tut_condensador.asp http://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctrico