UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Norte de la universidad PeruanaFundada el 13 de feberero del 1963 Facultad de ingenieriaEscuela acadmico profesional de ingenieria de minas

CONDENSADORES Y CAPACITANCIA EQUIVALENTE

I. INTRODUCCIN

Dentro de los componentes pasivos, quizs el ms complejo de todos, por sus caractersticas y variedad de tipos, sea el condensador. Por ser un elemento que presenta una impedancia que es funcin de la frecuencia de la seal, ofrece unas posibilidades que son aprovechadas en la implementacin de circuitos electrnicos, donde desarrolla toda su potencia. Este es el tipo de cosas que gusta a los inventores.Por otra parte, este informe tiene como objetivos principales establecer una relacin entre la capacitancia equivalente de manera teorica y de manera practica, la carga y la capacitancia, manteniendo constante la capacitancia, respectivamente. As mismo, busca comparar los coeficientes dielctricos de algunos materiales.

Por ltimo, podemos agregar que toda la prctica realizada en el laboratorio nos servir para entender mas fcilmente lo que sucede en la vida diaria y comprender algunas de las reacciones fsicas que ocurren frecuentemente y de las cuales no sabamos su origen.

II. OBJETIVOS Determinar la diferencia entre los datos experimentales y los que indica el fabricante de la capacitancia en un condensador.

Construir y analizar la asociacin en serie y en paralelo de condensadores en diferentes circuitos simples.

Calcular la capacitancia equivalente de un circuito usando datos terico y adems datos experimentales.

III. FUNDAMENTO TERICO

III.1 CONDENSADOR

Un condensador (o capacitor) es un dispositivo capaz de almacenar carga elctrica; y almacena tambin energa elctrica en forma de campo elctrico cuando aumenta la diferencia de potencial (D.DP) en sus terminales, devolvindola cuando esta disminuye.

La capacitancia de un faradio es mucho ms grande que la mayora de los condensadores, por lo que en la prctica se suele indicar la capacidad en microfaradios (F= 10-6F), nano faradios (nF=10-9F) o pico faradios (pF=10-12F).

Al colocar un dielctrico entre los conductores de un condensador se aumenta su capacitancia debido a una redistribucin de las cargas dentro del dielctrico; este efecto se conoce como polarizacin.

III.1.1 TIPOS DE CONDENSADORES1. Condensadores de aire. Se trata de condensadores, normalmente de placas paralelas, con dielctrico deairey encapsulados envidrio. Como la permitividad elctrica relativa es la unidad, slo permite valores de capacidad muy pequeos. Se utiliz en radio y radar, pues carecen de prdidas y polarizacin en el dielctrico, funcionando bien a frecuencias elevadas.

2. Condensadores de mica. Lamicaposee varias propiedades que la hacen adecuada para dielctrico de condensadores: bajas prdidas, exfoliacin en lminas finas, soporta altas temperaturas y no se degrada por oxidacin o con la humedad. Sobre una cara de la lmina de mica se depositaaluminio, que forma una armadura. Se apilan varias de estas lminas, soldando los extremos alternativamente a cada uno de los terminales. Estos condensadores funcionan bien en altas frecuencias y soportan tensiones elevadas, pero son caros y se ven gradualmente sustituidos por otros tipos.

3. Condensadores de papel. El dielctrico es papel parafinado,baquelizadoo sometido a algn otro tratamiento que reduce suhigroscopiay aumenta el aislamiento. Se apilan dos cintas de papel, una de aluminio, otras dos de papel y otra de aluminio y se enrollan en espiral. Las cintas de aluminio constituyen las dos armaduras, que se conectan a sendos terminales. Se utilizan dos cintas de papel para evitar los poros que pueden presentar. 4. Condensadores autorregenerables. Los condensadores de papel tienen aplicaciones en ambientes industriales. Los condensadores autorregenerables son condensadores de papel, pero la armadura se realiza depositando aluminio sobre el papel. Ante una situacin de sobrecarga que supere la rigidez dielctrica del dielctrico, el papel se rompe en algn punto, producindose un cortocircuito entre las armaduras, pero este corto provoca una alta densidad de corriente por las armaduras en la zona de la rotura. Esta corriente funde la fina capa de aluminio que rodea al cortocircuito, restableciendo el aislamiento entre las armaduras.

5. Condensadores electrolticos. Es un tipo de condensador que utiliza unelectrolito, como su primera armadura, la cual acta comoctodo. Con la tensin adecuada, el electrolito deposita una capa aislante (la cual es en general una capa muy fina de xido de aluminio) sobre la segunda armadura o cuba (nodo), consiguiendo as capacidades muy elevadas. Son inadecuados para funcionar con corriente alterna. La polarizacin inversa destruye el xido, produciendo un cortocircuito entre el electrolito y la cuba, aumentando la temperatura, y por tanto, arde o estalla el condensador consecuentemente. Existen varios tipos, segn su segunda armadura y electrolito empleados

5. a Condensadores de aluminio. Es el tipo normal. La cuba es de aluminio y el electrolito una disolucin decido brico. Funciona bien a bajas frecuencias, pero presenta prdidas grandes a frecuencias medias y altas. Se emplea en fuentes de alimentacin y equipos de audio.Muy utilizado en fuentes de alimentacin conmutadas.5. b Condensadores de tantalio(tntalos). Es otro condensador electroltico, pero empleatantalioen lugar de aluminio. Consigue corrientes de prdidas bajas, mucho menores que en los condensadores de aluminio. Suelen tener mejor relacin capacidad/volumen.

5. c Condensadores bipolares (para corriente alterna). Estn formados por dos condensadores electrolticos en serie inversa, utilizados en caso de que la corriente pueda invertirse. Son inservibles para altas frecuencias.5. d Condensadores de polisteroMylar. Est formado por lminas delgadas depolistersobre las que se deposita aluminio, que forma las armaduras. Se apilan estas lminas y se conectan por los extremos. Del mismo modo, tambin se encuentran condensadores depolicarbonatoypolipropileno.5.e Condensadores de poliestirenotambin conocidos comnmente comoStyroflex(marca registrada deSiemens). Otro tipo de condensadores deplstico, muy utilizado en radio, por disponer de coeficiente de temperatura inverso a las bobinas de sintona, logrando de este modo estabilidad en los circuitos resonantes.5. f Condensadores cermicos. Utilizacermicasde varios tipos para formar el dielctrico. Existen diferentes tipos formados por una sola lmina de dielctrico, pero tambin los hay formados por lminas apiladas. Dependiendo del tipo, funcionan a distintas frecuencias, llegando hasta las microondas. 6. Condensadores sncronos. Es unmotor sncronoque se comporta como un condensador.7. Dielctrico variable. Este tipo de condensador tiene una armadura mvil que gira en torno a un eje, permitiendo que se introduzca ms o menos dentro de la otra. El perfil de la armadura suele ser tal que la variacin de capacidad es proporcional al logaritmo del ngulo que gira el eje.8. Condensadores de ajuste. Son tipos especiales de condensadores variables. Las armaduras son semicirculares, pudiendo girar una de ellas en torno al centro, variando as la capacidad. Otro tipo se basa en acercar las armaduras, mediante un tornillo que las aprieta.

III.2 CARACTERISTICAS DE LOS CONDENSADORES Son dispositivos que almacenan cargas elctricas; se dice que dos cuerpos forman un condensador cuando entre ellos existe un campo elctrico. En general un condensador se compone esencialmente de dos conductores (armaduras) aislados y separados por un dielctrico (aislador. Pueden conducir cc durante un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de ca; esta propiedad los convierte en dispositivos muy tiles para impedir que la cc entre a determinada parte de un circuito elctrico. Los condensadores de capacidad fija y variable se usan con las bobinas, formando circuitos en resonancia en radios y otros equipos elctricos.

Los Capacitares se fabrican en gran variedad de formas, siendo la ms sencilla el formado por dos placas separados por un dielctrico. El aire, la mica, la cermica, el papel, el aceite o el vaco se usan de aisladores segn la utilidad dada al dispositivo. En su forma ms sencilla, un condensador est formado por dos placas metlicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lmina no conductora o dielctrico. Al conectar una de las placas a un generador, sta 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 condensador se encuentra cargado con una carga Q.III.3 Asociacin de condensadoresLos condensadores pueden asociarse de la siguiente forma:II.I En serie: son aquellos que estn distribuidas una a continuacin de otras tal como lo muestra la figura adjunta:

II.II En paralelo: Son aquellas que estn distribuidas uno a continuacin de otro compartiendo dos puntos de conexin .como lo muestra la figura

III.2 PROTOBOARD OBREADBOARDEs en la actualidad una de las placas de prueba ms usadas. Est compuesta por bloques de plstico perforados y numerosas lminas delgadas, de una aleacin decobre,estaoyfsforo, que unen dichas perforaciones, creando una serie de lneas de conduccin paralelas. Las lneas se cortan en la parte central del bloque para garantizar que dispositivos encircuitos integradosde tipodual in-line package(DIP) puedan ser insertados perpendicularmente y sin ser tocados por el proveedor a las lneas de conductores. En la cara opuesta se coloca un forro con pegamento, que sirve para sellar y mantener en su lugar las tiras metlicas.

Debido a las caractersticas de capacitancia (de 2 a 30 pF por punto de contacto) y resistencia que suelen tener los protoboard estn confinados a trabajar a relativamente bajafrecuencia

III.3 MULTITESTER

Un multitester es un instrumento muy importante sino el ms importante para el uso en electrnica, ya que posee en un solo dispositivo la mayora de los instrumentos necesarios para trabajar en el electrnica, es decir, el voltmetro, ampermetro, hmetro, esos tres bsicamente, luego tienen medidor de continuidad, en otros casos adems poseen capacitaros, medidor de beta de transistores y hasta frecuencmetro.

TEORIA DE ERRORES Error absoluto. Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado como exacto. Puede ser positivo o negativo, segn si la medida es superior al valor real o inferior (la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las mismas que las de la medida.a= x x0 Error relativo. Es el cociente (la divisin) entre el error absoluto y el valor exacto. Si se multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error absoluto puede ser positivo o negativo (segn lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o por defecto. no tiene unidades.

IV. MATERIALES Condensadores de capacitancia relativamente baja tales como:

Condensadores (C1) = 22F Condensador (C2) = 4.7F Condensador (C3) = 33F Condensador (C4) = 10F Condensador (C5) = 1FV. EQUIPOS: Un protoboard Un multitester

VI. PROCEDIMIENTO

A. PRIMER EXPERIMENTO

A.1 ASOCIACION EN SERIE

1: Determinamos los valores nominales de la capacitancia para cinco condensadores y luego medimos experimentalmente, escribiendo sus valores en la tabla N 12: Calculamos el error experimental respectivo de los valores registrados para dichas capacitancias y completamos a tabla N1 Tabla N 1C1Valor nominal(F)Valor experimental (F)R=IVt VRIp = (R/Vt)x100

12222.740.743.36

24.74.860.163.40

33336.700.7011.21

41010.040.040.4

510.940.066

A.2 SEGUNDO EXPERIMENTO

1: Asociamos los cinco capacitores en serie en la base de un protoboard.2: Determinamos el valor terico y experimental de la capacitancia de dicha asociacin de condensadores, y registramos la informacin en la tabla N2

Tabla N 2NAsociacinValor nominal(F)Valor experimental (F)C=IVt VRIp = (C/Vt)x100

1C1-C23.874.030.164.13

2C1-C2-C33.463.580.123.47

3C1-C3-C50.920.880.044.35

4C1-C2-C3-C4-C50.740.670.079.56

A.3 TERCER EXPERIMENTO A.3.1 ASOCIACION EN PARALELO1: Asociamos los cinco capacitores en paralelo en la base de un protoboard.2: Determinamos el valor terico y experimental de la capacitancia de dicha asociacin de condensadores, y registramos dicha informacin en la tabla N 3.

Tabla N 3NAsociacinValor nominal(F)Valor experimental (F)R=IVt VRIp = (R/Vt)x100

1C1//C226.727.821.124.19

2C1//C2//C359.765.205.509.21

3C1//C3//C556615.008.93

4C1//C2//C3//C4//C570.776.605.908.35

A.4 CUARTO EXPERIMENTO

A.4.1 ASOCIACION MIXTO1: Asociamos los cinco capacitores de modo mixto como se muestra en el circuito en la base de un protoboard.2: Determinamos su valor terico y experimental de la capacitancia de dicha asociacin de condensadores, y registramos la informacin de la tabla N 4.

Tabla N 4Valor terico (F)Valor experimental (F)C=IVt VRIp = (C/Vt)x100

2.8792.9040.0250.868

A.5 QUINTO EXPERIMENTO

A.5.1 TAMBIEN ASOCIACION MIXTA1: Hemos asociado los cinco capacitores como se muestra en el circuito en la base de un protoboard.2: Determinamos su valor terico y experimental de la capacitancia de dicha asociacin de condensadores y registramos la informacin en la tabla N5

Tabla N 5Valor terico(F)Valor experimental (F)C=IVt VRIp = (C/Vt)x100

0.9870.8920.0959.625

VII. CONCLUSIONES

En la prctica realizada, existen errores de cifras muy bajas con relacin a los valores experimentales, respeto de los nominales.

Adems llegamos a conocer la importancia de los condensadores en la utilidad de la vida diaria

llegamos a conocer como se ubican los condensadores en una placa como es el protoboard ya sea en serie o en paralelo para obtener mrgenes de error relativamente bajos con respecto al clculo terico.

VI. Bibliografa

http://www.alaska.net/~natnkell/leyden.htm http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/electric/capdis.html http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_13/2.html Autodidctica Ocano,Tomo IV "Fsica II",1996 http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_13/5.html

VII. Anexos

FISICA III M. Sc. TEJADA CAMPOS, Norbil H.