LABORATORIO DE ELECTRICIDADNro. DD-106

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Tema :CAMPO MAGNETICO Y ELECTRICOCdigo

SemestreI

GrupoJ

Nota: App./Nom.:Barrientos Talizo Erick JoseFecha: Lab. N9

I. OBJETIVOS Realizar pruebas a imanes naturales y permanentes para determinar su comportamiento..II. MATERIAL Y EQUIPO

Figura 1.- 1 Circuito de ensayo

Figura 2. -1 Fuente de tensin continua UB de 0 a 30 VDC

Figura 3.- Limaduras de hierro y placa acrlica Figura 4.- 2 Multmetro Digital

Figura 5.- ResistenciaR1 = 10 K

Figura 6.- CondensadorC=470uF

Figura 7.- 1 Brjula

Figura 8. -1Interruptor

III. SEGURIDAD EN LA EJECUCIN DEL LABORATORIO

Tener cuidado con el tipo y niveles de voltaje que suministran a las tarjetas

Antes de utilizar el multmetro, asegurarse que est en el rango y magnitud elctrica adecuada.

Tener cuidado en la conexin y en la desconexin de los equipos utilizados

III. PROCEDIMIENTOLINEAS DE FUERZA

1. Roce limaduras de hierro sobre una placa acrlica transparente y aproxime uno de los polos del imn natural por el lado opuesto de la placa, esquematizar y describir lo observado.

-Observamos que las limaduras de hierro se ven atradas por ese polo , al no tener polaridad adquieren esta polaridad de las lneas de campo.

2. Ahora aproxime por el lado opuesto de la placa acrlica los dos polos del imn, esquematice y describa lo observado .

-Observamos que se genera un patrn de lneas de un polo al otro polo de nuestro imn

3. INVESTIGACION:Qu propiedad muestran las lneas magnticas y a que se debe la forma de su trayectoria?

Un ejemplo muy claro seria el de un imn que al parecer inmvil uno creera que no tiene ninguna fuerza pero esta compuesto de tomos cuyos electrones estn en movimiento girando sobre su orbita . Esta carga en movimiento constituye un a minscula corriente que produce un campo magntico. Todos los electrones en rotacin son imanes diminutos. Como nosotros sabemos un imn atrae a los trozos de hierro con una fuerza mayor cuando la distancia es menor pero cuando esta distancia se hace mayor ya no los atrae con la misma fuerza, esto puede explicarse ,como que la intensidad del campo magntico es mucho mayor en los polos . Sabiendo que el campo magntico esta muy relacionado a la electricidad y que una carga esta rodeada de un campo magntico, siempre en cuando esta este en movimiento. Esto se debe a las distorsiones que sufre el campo elctrico al moverse la partcula.

DETERMINACION DE LA POLARIDAD1. Empleando la brjula determine la polaridad de un imn .Esquematice y describa lo observado.

-Observamos que el lado norte de la aguja se direcciona hacia un lado del imn y por el principio de atraccin de polos por lo que suponemos que ese polo del imn es el polo norte.

2. INVESTIGACION Cul es el fundamento empleado para determinar la polaridad de un imn?

-Por el principio de atraccin de polos opuestos y repulsin de polos iguales-como vimos en el experimento cuando colocbamos el polo norte de la aguja por atraccin se tiende a pegar al polo negativo del imn debido al principio que polos opuestos se atraen y polos diferentes se repelen y sucede lo mismo con el polo negativo si a su costado se pone un polo positivo se atrae.

3. Una vez identificadas las polaridades de los imanes naturales, junte polaridades diferentes .Describa y esquematice con lneas de fuerza lo observado.

Como observamos las lneas de campo siempre siguen un patrn que es es de ir de un polo positivo a un polo negativo por lo tanto al colocar polaridades distintas estas se atraen.

4. Luego intente juntar las polaridades iguales .Describa y esquematice con lneas de fuerza lo observado

Como observamos al tener polaridades diferentes las lneas de fuerza no se juntan y por el contrario se repelen as comprobamos el principio de repulsin de polos iguales.

CARGA DE UN CONDENSADOR1. Armar el circuito mostrado en la figura

2. Cierre el interruptor en la posicin 1,anotar los valores de los instrumentos para 4 tiemposTIEMPO(s)VOLTAJE(v)

T=00.005v

T=25.1v

T=46.96v

T=67.92v

3. Cul es la tensin que indica el voltmetro cuando se carga el condensador?12 V4. Cul es el tiempo de carga del condensador?

Sabiendo que t=RCEl tiempo de carga del condensador es 5t==5s

5. Que intensidad mostrara el ampermetro cuando :

-El condensador esta descargado: La intensidad seria cero ya que nuestro condensador no tendra un voltaje el cual alimente a nuestro circuito lo cual es fundamental para que funcione .

-El condensador esta cargado: La intensidad en el circuito seria cero por que para un tiempo t>0 el condensador acta como un circuito abierto y para que exista corriente es necesario que sea un circuito cerrado

6. Para la corriente y voltaje grafique las curvas de carga del condensador utiliza valores de la tabla anterior

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

OBSERBACIONES:-Observamos la forma que tienen las lneas de campo magntico mediante

limaduras de hierro sometidas bajo el comportamiento del campo del imn.

-Observamos la determinacin de los polos de un imn usando una brjula

Para saber cuales son los polos del imn ya sea el norte o sur.

-Vimos que entre dos polos iguales las lneas de campo se repelen en cambio

En polos diferentes las lneas se atraen.

-Vimos que cuando un condensador esta totalmente cargado ya no se

transmite corriente y cuando esta totalmente descargado tampoco transmite Corriente.

-Vimos que debido al uso nuestro condensador tendr error en la carga.

CONCLUSIONES

-Comprobamos la forma del campo magntico que produce un imn.

-Comprobamos la determinacin de los polos de un imn mediante la brjula.

-Comprobamos que si juntamos dos polos diferentes las lneas de campo

Magntico se atraern pero al contrario si juntamos dos iguales se atraern.

-Comprobamos que para la carga de un condensador va cargando en

manera creciente en un tiempo determinado que es cercanamente 5t.

VII. ANEXOS

Condensadores

Introduccin Capacidad y tensin de trabajo (WV) El dielctrico Condensador electroltico Condensador de pelcula Condensador de mica Condensador cermico Condensador ideal y condensador real. Prdidas PF y DF. Absorcin dielctrica (DA) Factor de calidad Q. Tabla comparativa de condensadores

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.Capacidad elctrica y tensin de trabajo (WV).-Cuando dos conductores permanecen prximos entre s, aparece cierta capacidad entre ellos. La magnitud de esta capacidad es directamente proporcional al rea de los conductores, e inversamente proporcional a la distancia de stos y en el caso de un condensador plano de placas paralelas vale:

donde C es la capacidad en Faradiose es la constante dielctrica y vale 8.85 x 10^-12 Culombios^2/(N x m^2) para el vaco.A es el rea de las placas en m^2d es la distancia que las separa en metros. Para un condensador dado, si sobrepasamos la tensin de trabajo (Working Voltage, WV) para el que ha sido diseado, se puede destruir el mismo al producirse un arco elctrico (chispa) y perforar el dielctrico. Por este motivo, todos los condensadores tienen asignada una tensin de trabajo. Debemos fijarnos si se refiere a tensin alterna o a tensin contnua, y tener siempre presente este dato cuando trabajemos con tensiones eficaces, pues tendremos que convertir a tensiones de pico. La capacidad de un dielctrico de soportar una tensin dada sin perforarse, se llama rigidez dielctrica.

El dielctrico.-En la figura se representa un condensador plano de placas paralelas; el dielctrico se interpone entre ambas placas, evitando que stas entren en contacto. Cada dielctrico posee caractersticas diferentes, y es el que confiere las propiedades al condensador, por lo que los condensadores se clasifican por el tipo de dielctrico que utilizan. En la tabla se dan las constantes dielctricas de diferentes materiales, relativas a la del vaco, que se toma igual a la unidad (e0= 1). Para el aire seco tiene un valor e= 1.0006materialr (0=1)

aire1.0006

tefln2.0

polipropileno (MKP)2.1

poliestireno2.5

policarbonato (MKC)2.9

polister / mylar (MKT)3.2

vidrio4.0 - 8.5

mica6.5 - 8.7

cermica6.0 - 50,000

xido de aluminio7.0

xido de tntalo11.0

Condensador electroltico.-Se hacen formando un arrollamiento de pelcula de aluminio, e inicialmente separadas por una capa de un material absorbente como tela o papel impregnado con una solucin o gel, aunque modernamente se emplea xido de aluminio o tntalo. El conjunto se introduce en un contenedor de aluminio, dando un aspecto de "bote".electroltico axialelectroltico radial

Segn la disposicin de las patillas, existe la configuracin axial y la radial. Los condensadores electrolticos modernos se fabrican utilizando un electrolito dentro del propio condensador, y la accin de una tensin en bornas del condensador refuerza la capa dielctrica de xido, de modo que es imprescindible la correcta polarizacin del condensador. Si aplicamos una polarizacin errnea, el dielctrico se destruye y las placas entran en contacto. Adems, generalmente la polarizacin inversa origina generacin de gases por electrolisis y pueden provocar una explosin. La ventaja de este tipo de condensadores es su tamao reducido, por lo que se consiguen capacidades muy grandes. Esto es debido a la finsima capa dielctrica.

Al principio, se fabricaban estos condensadores sumergidos en un electrolito formado por agua y glicol, y quizs cido brico para incrementar la viscosidad y mejorar el autosellado del dielctrico. Sin embargo, la corrosin era un problema, y modernamente se emplean electrolitos de tipo orgnico, tales como dimetil acetamida o metil-formamida.

Recientemente se han desarrollado condensadores electrolticos de "aluminio slido" basados en electrolito de dixido de manganeso. Son muy similares a los de tntalo, aunque mucho ms baratos.aluminio slido

Un gran inconveniente de los condensadores electrolticos es su relativamente corta duracin. Normalmente tienen un perodo de vida medio de 1000 - 5000 horas, y tambin se estropean aunque no se utilicen, aunque se alargue su perodo de vida. Es cuando decimos que un condensador est "seco" y hay que sustituirlo. Otro inconveniente es su gran margen de tolerancia; son normales tolerancias del 20% en este tipo de condensadores. Habitualmente se denomina a este tipo de condensadores "polarizados", pero es un trmino impreciso. Existen condensadores electrolticos no polarizados, empleados profusamente en crossovers de baja calidad, y cuyo aspecto es exactamente igual al de los polarizados, o sea, parecen un "bote", pero podemos conectarlos sin atender a ninguna polarizacin. Muchos autores tachan a este tipo de condensadores, incluso a los electrolticos normales como no aconsejables para su utilizacin en circuitos de audio de calidad, por su distorsin y sus prdidas, pero este es un tema que abordaremos en otro apartado.Condensadores de pelcula.-Todos los condensadores de pelcula son no polarizados, es decir, no requieren marcar una patilla como positiva o negativa, siendo indiferente su conexin en el circuito. Son los preferidos en los circuitos de audio de calidad, siempre que el tamao lo permita, por sus pocas prdidas y distorsin reducida. Se pueden construir enrollando el conjunto placas-dielctrico, similar a un electroltico, o bien apilando en capas sucesivas como un libro (stacked film-foil). Se emplean mayoritariamente como dielctricos diferentes plsticos, como polipropileno (MKP), polister/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) o tefln. Pala las placas se utiliza mayoritariamente aluminio con un alto grado de pureza. Segn el tipo de dielctrico utilizado, para una misma capacidad y tensin de trabajo, se obtienen condensadores de distinto tamao.cond. policarbonato (MKC)cond. polipropileno (MKP)cond. polister (MKT)cond. poliestireno

La alta rigidez dielctrica del polister, permite hacer condensadores de poco tamao y a costes relativamente bajos, de uso rutinario all donde no se necesiten calidades especiales. Se disponen de capacidades de entre 1000 pF y 4.7 uF, a tensiones de trabajo de hasta 1000V. El factor de prdidas por dielctrico es relativamente alto en el polister. Para audio, el polipropileno o poliestireno permiten unas prdidas mucho menores en el dielctrico, pero son mucho mayores en tamao, adems de mucho ms caros. Los de poliestireno son utilizados en filtros/crossovers. Un inconveniente de los condensadores de poliestireno es el bajo punto de fusin del dielctrico. Por ello suelen diferenciarse estos condensadores, ya que se protege el dielctrico separando los pines de soldadura del cuerpo del condensador, tal como muestra la foto.Condensadores de mica.-Es un dielctrico de unas caractersticas intermedias entre los condensadores electrolticos y los de pelcula, teniendo una rigidez dielctrica alta y otras caractersticas excelentes, como muy bajas prdidas, pero su capacidad se limita hasta los 4700 pF aproximadamente.cond. de mica

Por el contrario, es muy caro, y al ser un material rgido, slo se pueden construir condensadores en forma de lminas apiladas (stacked-film). Se utiliza en aplicaciones industriales de alta tensin, amplificadores de vlvulas cuando se requiera poca capacidad y aplicaciones de precisin.Condensadores cermicos.-Son los que tienen un mayor rango de valores de su constante dielctrica, pudiendo llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vaco. Se basan en varias mezclas de xido de titanio y zirconio, o bien en titanatos o zirconatos de calcio, bario, estroncio o magnesio, y atendiendo a esta variedad de compuestos, dan un rango amplsimo de constantes dielctricas.cond. cermico de discocond. cermico

Los materiales de alta constante dielctrica, pueden ofrecer componentes pequeos para un valor relativamente elevado de capacidad. El inconveniente de estos dielctricos de alta cte. dielctrica es que el valor de la misma depende mucho de la temperatura, as como las prdidas en el dielctrico. Sin embargo, donde el valor de la capacidad es relativamente menos importante, como por ejemplo en filtros pasa RF, estos componentes son ampliamente utilizados.Condensador ideal y condensador real.El condensador real siempre tiene una componente inductiva y una parte resistiva, as como otros elementos, como las prdidas en el dielctrico. El dibujo representa un condensador tpico real con los parmetros ms habituales.condensador equivalente C1 = capacidad del condensador L = inductancia serie (patillas) Rs = resist. equivalente serie (ESR) Rp = Resistencia paralelo C2, R = parte de la absorcin del dielctrico

El circuito podra representar cierto tipo de condensadores, pero no tiene por qu ajustarse a todos los modelos, es un esquema tpico. Todas estas componentes toman especial relevancia a altas frecuencias (RF). La resistencia paralelo Rp, o resistencia de aislamiento, causa prdidas en forma de calor. La resistencia serie equivalente Rs, (ESR) limita la impedancia mnima que ofrece el condensador, y tambin causa prdidas en forma de calor. Este es el parmetro ms significativo de cuantos se dan. Lo forman las resistencias de las propias placas, las patillas del condensador y los terminales de conexin de stas a las placas.Podemos representar mediante un diagrama fasorial (vectores) lasprdidas en el condensador. Los factores de prdidas ms importantes son:Factor de potencia PF (power factor)

Factor de disipacin DF (disipation factor)

Cuando PF y DF se dan en porcentaje:DF(%) = 100 DF = 100 [Rs/(XC-XL)]PF(%) = 100 PF = 100 (Rs/Z)Absorcin dielctrica (DA).-Un factor poco conocido de los condensadores, y algunos autores le achacan a esta propiedad ser la responsable de porqu slo es admisible la utilizacin de condensadores de pelcula en circuitos de audio de calidad. La absorcin dielctrica DA es una reluctancia sobre el dielctrico del condensador y que ocasiona que queden electrones almacenados en el mismo aunque hayamos descargado el condensador. A veces se le denomina "efecto memoria" a este proceso. La tensin remanente en bornas del condensador, dividido por la tensin inicial de carga, expresado como un porcentaje, se denomina "porcentaje de absorcin dielctrica %DA". Cuando se aplica una tensin alterna a las bornas de un condensador, hay una tendencia, debido a la absorcin dielctrica DA, a oponerse a esta carga en polaridad, lo que produce una compresin en el rango dinmico de la seal. Subjetivamente, en una audicin, algunos autores reportan prdida de detalle y una distorsin que puede ser perfectamente audible, sobre todo si se trata de condensadores electrolticos o cermicos. Como consulta, ver el artculo de Walter G. Jung y Richard Marsh, "Picking Capacitors", donde ofrecen una explicacin mucho ms extensa sobre este asunto, que es uno de los ms polmicos dentro del audio.Elfactor de calidad Qse utiliza para ver la relacin entre la reactancia total y la R equivalente del condensador:

cuanto menor sea R, mayor ser Q, e indica la "calidad" del condensador. Un buen condensador tiene una Q del orden de 2000. El grfico muestra la variacin de la impedancia Z en funcin de la frecuencia en un condensador real. Cuando la frecuencia es suficientemente baja, la impedancia Z es de carcter capacitivo, o sea, Z disminuye a medida que aumentamos la frecuencia. Para una frecuencia determinada fo, el valor mnimo de Z vale precisamente Rs. A partir de fo, si aumentamos la frecuencia, la impedancia toma un carcter inductivo, y la impedancia aumenta conforme aumentamos la frecuencia. Tanto fo como Rs dependern del tipo de condensador empleado.

TABLA COMPARATIVA DE CONDENSADORES SEGN DIELCTRICOvidrioMicaPolisterMKTPolistermetlicoPolicarbonatoMKCPolicarbonatometalizadoParilenoPolipropilenoMKPPolipropilenometalizadoPoliestirenoTefln

DF%DA%EstabilidadTolerancia %Coste0.10.5MB1-10caro0.10.3MB1-10medio0.3-10.3-1R5-20barato0.3-10.3-1R5-20barato0.1-0.30.1-0.3B1-20medio0.1-0.30.1-0.3B1-20medio0.1