Carreras de Ingeniería

III Ciclo

Electricidad y Magnetismo

Guía de Laboratorio2

Capacitores

.

Capacitores

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CAPACITORES

1. IntroducciónResnick y Halliday (2007) indica, que se denomina capacitor al dispositivo que almacena carga, ycapacitancia a la propiedad que determina cuánta energía puede guardar. La capacitanciadepende de las propiedades geométricas del dispositivo, y no del campo eléctrico ni delpotencial.Tipler (2011) señala, que prácticamente todos los dispositivos electrónicos portátiles tales comocámaras digitales, teléfonos móviles o cualquier otro dispositivo electrónico portátil tiene uno omás capacitores y que hoy en día es impensable vivir sin estos dispositivos electrónicos.

2. Objetivos Desarrollar la carga y descarga a un capacitor y contrastar su comportamiento con lo

teórico. Medir la capacitancia adistintos capacitores. Calcular el valor teórico de la capacitancia en conexiones serie, paralelo y mixtas y

compararlo con lo obtenido en las mediciones, para determinar su error relativo.

3. Competencia

Reconocer la importancia de los capacitores en las aplicaciones prácticas.

4. Equipos, materiales y otros

No Descripción Cant.1 Capacitor 3300 uF 12 Resistencia de 10,25 KΩ 1

3 Módulo de Capacitores Labvolt 14 Multímetro 15 Fuente de energía - Labvolt 1

6 Protoboard 17 Cables de conexión varios

5. Orientaciones de Seguridad en el Taller Respete las recomendaciones del docente, los procedimientos de la guía y las indicadas

en carteles de señalización. Use los EPP durante su laboratorio. No energice sin la autorización del docente. A término de la clase ordene los equipos y el puesto de trabajo.

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6. Procedimiento6.1. RECONOCIMIENTO DE LA FUENTE DE ENERGÍA

1. Localice la fuente de tensión en el módulo de su mesa, cerciórese de que el interruptor deALIMENTACIÓN esté en la posición apagado “O”.

2. En el siguiente cuadro marque la letra que corresponda al componente de la fuente.

Fig. 1 Fuente de energía.

Interruptor de ALIMENTACIÓN del circuito de tres polos. f

Tres lámparas que indican la operación de cada una de las fases.

Voltímetro CA /CC.

Selector del voltímetro

Perilla de control de tensión.

Cable de alimentación de 380 V CA fijos (en la parte posterior).

Terminales de salida de 220 / 380 V fijos. Identificados como 1, 2, 3 y N. b

Terminales de salida de 0-220/380 V variable. Identificados como 4, 5 , 6 y N.

Terminales de salida de CC fija (8 y N).

Terminales de salida de CC variable (7 y N).

Pulsador común de REINICAR.

Cuadro 1 Reconocimiento de la fuente.

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6.2. CARGA DE UN CAPACITOR

A continuación realice las conexiones del siguiente circuito con una tensión V1 =________,y mida los valores de V2.

C1

A

V1 V2V(t)=0-50 V 3300uF50V

R

Fig. 2Circuito de prueba para la carga y descarga de un capacitor.

Pto. Tiempo(s)

Tensión V2Medida (V)

Tensión V2Calculada (V)

Error relativo(%)

1 02 103 204 305 406 507 608 709 80

10 9011 10012 11013 12014 13015 14016 150

Cuadro 2 Cuadro de carga de un capacitor

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6.3. DESCARGA DE UN CAPACITOR

Modifique las conexiones al circuito anterior tal como se muestra en la siguiente figura ycomplete el cuadro para V2. Inicialmente mantener cargado el capacitor.

A

V23300uF50V

R

Fig. 3 Circuito de prueba para la descarga de un capacitor.

Pto. Tiempo(s)

Tensión V2Medido (V)

Tensión V2Calculada (V)

Error relativo(%)

1 02 103 204 305 406 507 608 709 80

10 9011 10012 11013 12014 13015 14016 150

Cuadro 3Cuadro de descarga de un capacitor

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Calcule las tensiones V2, de carga y descarga de acuerdo a las siguientes relaciones ycomplete los cuadros:

Carga: ( ) = (1 − ) Descarga: ( ) = ∗Calculo del error relativo.

Error relativo % = 100Vn = Valor nominal (placa)Vr = Valor real (medido)

Determinar la constante: =¿Cuál es el valor de la tensión de carga en el tiempo “ “?

6.4. ENERGÍA ALMACENADA EN UN CAPACITOR

La energía almacena entre sus placas cuando se carga un capacitor se determina:

Donde:

C = Capacidad (microfaradios, F).U = Tensión (voltios, V).Wc = Energía almacenada (joule, J).

¿Cuál es el valor de la energía almacenada en el tiempo “ “?

( )

( )

2*2

1UCWC

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6.5. DETERMINACIÓN DE LA CAPACITANCIA EN UN CAPACITOR

uFCnn =1, 2, 3

Fig. 4 Medición de la Capacitancia de un Capacitor con el Capacímetro.

Capacitor C1 (uF) C2 (uF) C3 (uF)

Valor Nominal (Placa) 0,72 1,45 2,89

Valor Medido

Error relativo %

Cuadro 4 Determinación del error de medición de la capacitancia.

6.6. CONEXIONES DE CAPACITORES

A continuación procederá a medir la capacitancia de capacitores y determinar su error relativorespecto a su valor nominal.

A.- CONEXIONES EN SERIEConecte en serie tres capacitores tal como se muestra en la siguiente figura y determine sucapacitancia equivalente.Considere:C1 = 0,72 uF, C2 = 1,5 uF, C3 = 2,89 uF

uF

C1

C2

C3

Fig. 5 Medición de la capacitancia de capacitores en conexión serie.

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Valor Ceq (uF)

Nominal

Medido

Error relativo %

Cuadro 5 Determinación del error de medición de la capacitancia de capacitores en serie.

B.- CONEXIONES EN PARALELOConecte en paralelo tres capacitores tal como se muestra en la siguiente figura y determine sucapacitancia equivalente.Considere:C1 = 0,72 uF, C2 = 1,5 uF, C3 = 2,89 uF

uFC1 C2 C3

Fig. 6 Medición de la capacitancia de capacitores en conexión paralelo.

Valor Ceq (uF)

Nominal

Medido

Error Absoluto %

Cuadro6 Determinación del error en la medición de la capacitancia de capacitores en paralelo.

C.- CONEXIONES MIXTASConecte capacitores tal como se muestra en la siguiente figura y determine su capacitanciaequivalente.Considere:C1 = C4 = 0,72 uF, C2 = 1,5 uF, C3 = 2,89 uF

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uF

C1

C2 C3

C4

Fig. 7 Medición de la capacitancia de capacitores en conexión mixta.

Valor Ceq (uF)

Nominal

Medido

Error Absoluto %

Cuadro7 Determinación del error en la medición de la capacitancia de capacitores en conexión mixta.

6.7. VARIACIÓN DE LA CAPACITANCIA (demostrativo)

Con el módulo de placas paralelas y un voltímetro de rango de medición en nanofaradios comose muestra en la siguiente gráfica.

Fig. 8Conexión del capacitor de placas paralelas.

Mida el área de las placas (A) y varié la distancia entre placas (d) y mida la capacitancia encadatramo.

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Distancia(mm)

CapacitanciaMedida (pF)

CapacitanciaCalculada (pF)

Error relativo(%)

Cuadro 8 Determinación del error entre medición y cálculo de la capacitancia variando la distancia entre placas

Seguidamente calcule con la formula la capacitancia para cada tramo y grafique la curvacorrespondiente.

,0

d

AC

mmpF /10*85.8 3

0

Cap.

d

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7. Cuestionario

1 ¿Explique 4 aplicaciones del campo eléctrico?2 ¿Cómo resultaron los errores de las mediciones en los cuadros anteriores? De su

comentarios.3 Utilizando el módulo de capacitores del laboratorio, ¿Cuál sería el tipo de conexión y

valor seleccionado de capacitor para obtener la capacidad equivalente máxima ymínima? Justifique su respuesta.

4 Explique la tendencia de la curva por variación de la capacitancia.

8. Referencias Bibliográficas

(1) Resnick, R. y Halliday, D (2007). “Física”. México: Grupo Editorial Patria. Vol. 2, 5ta. Ed.(pp.679-699)

(2) Tipler, P. y Mosca, G. (2011). “Física para la ciencia y la tecnología”. Barcelona, España:Ed. Reverté, 7ta Ed. Vol. 2. (pp. 801-838)

(3) Carga y descarga de un condensador. Enhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/rc/rc.htm

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Rúbrica

Competencia: Experimentar el comportamiento de los capacitores y valorar la importancia de susaplicaciones prácticas.

Curso: Electricidad y Magnetismo Ciclo: 3

Actividad: Laboratorio 2: Capacitores Semana: 3 y 4

Nombre y apellidodel alumno:

Periodo: 2014-1

Sección: Fecha: Docente:Documentos de Evaluación

Laboratorio: X Taller: Proyecto: Trabajo: Otros:

CRITERIOS A EVALUACIÓN Excelente Bueno RequiereMejora

Noaceptable

LABORATORIO

Ejecuta la conexión y operación de equipos e instrumentoseléctricos. 4 3 2 0

Mide parámetros eléctricos con precisión. 4 3 2 0

Realiza cálculos matemáticos y compara resultados de laexperiencia.

3 2 1 0

Culmina la experiencia en tiempo previsto. 2 1 0 0

INFORME O TEST

Presenta informe o test (partes, puntualidad, ortografía, orden.) 5 4 2 0

ACTITUDES

Participa activamente y con seguridad (puntualidad,intervenciones, orden y limpieza). 2 1 0 0

Puntaje Total

Comentario al alumno:

DESCRIPCIÓN DE LA EVALUACIÓNExcelente Completo entendimiento y realización de la actividad, cumpliendo todos los requerimientos

Bueno Entiende y realiza la actividad cumpliendo la mayoría de los requerimientos

Requiere mejora Bajo entendimiento de la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos

No Aceptable No demuestra entendimiento de la actividad