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PRACTICA #5CAPACITORES 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 baseUna fuente de alimentación de 450 voltiosUna fuente de regulación de voltaje (variag)Un multímetro Un censor de cargaUn sistema de adquisición de datosUn condensador de placas paralelas cuadradasUn extensor de corrienteDoce dieléctricosUn conmutadorUn flexómetroSeis cablesUn 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 N
º ∆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 Permetividad
Nº d(m) Lado(m) εo (C2/Nm2)
1 8.6*10-4
0.2 8.85*10-12
2 8.6*10-4
3 8.6*10-4
4 8.6*10-4
Determinación de la constante dieléctrica del cartón prensadoVariables experimentales Cte.
Nº ∆V(V) Q ( C) d(m) Lado(m)εo
(C2/Nm2)
1 29.3 2.8166*10-8 1.42*10-3
0.2 8.85*10-12
2 34.7 3.3512*10-8 1.42*10-3
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 Cte.
Nº ∆V(V) Q ( C) d(m) Lado(m)εo
(C2/Nm2)
1 17.6 6.7522*10-8 3.2*10-4
0.2 8.85*10-12
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
8. TABULACIÓN DE RESULTADOS
Primer método
Variables experimentalesVariable calculada
Nº ∆V(V) Carga(Coul) C(Farad)
1 21.1 8.59*10-94.0758*10-
10
2 33.6 1.383*10-84.1160*10-
10
3 38.2 1.567*10-84.1020*10-
10
4 44.2 1.891*10-84.2783*10-
10
Segundo método
Variables experimentales Permitividad Variables calculadas
Nº d(m) Lado(m) εo (C2/Nm2) ÁREA(m2) C(Farad)
1 8.6*10-4
0.2 8.85*10-12 0.04
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 4.1163*10-10
Determinación de la constante dieléctrica del cartón prensado
Variables experimentales Cte. Variables calculadas
Nº ∆V(V) Q ( C) d(m) Lado(m)εo
(C2/Nm2) ÁREA(m2) K
1 29.3 2.8166*10-8 1.42*10-3
0.2 8.85*10-12 0.04
3.856
2 34.7 3.3512*10-8 1.42*10-3 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 3.8423Promedio: 3.8462
Determinación de la constante dieléctrica de la cartulina Variables experimentales Cte. Variables calculadas
Nº ∆V(V) Q ( C) d(m) Lado(m)εo
(C2/Nm2) ÁREA(m2) K
1 17.6 6.7522*10-8 3.2*10-4
0.2 8.85*10-12 0.04
3.468
2 25.2 9.5202*10-8 3.2*10-4 3.415
3 29.6 1.1355*10-7 3.2*10-4 3.4677
4 34.6 1.3097*10-7 3.2*10-4 3.4217Promedio: 3.4431
9. ELABORACIÓN DE GRÁFICOS GRAFICO #1 (Q VS ∆V)
0.00E+00
2.00E-09
4.00E-09
6.00E-09
8.00E-09
1.00E-08
1.20E-08
1.40E-08
1.60E-08
1.80E-08
2.00E-08
21.1 33.6 38.2 44.2
Serie1
∆V(V) Carga(Coul)
21.1 8.59E-09
33.6 1.38E-08
38.2 1.57E-08
44.2 1.89E-08
GRAFICO #2 (Q*d VS ∆V*A*εo) Cartón prensado
0.00E+00
1.00E-11
2.00E-11
3.00E-11
4.00E-11
5.00E-11
6.00E-11
7.00E-11
1.04E-11 1.32E-11 1.33E-11 1.51E-11
Serie1
∆V Q d εo ÁREA Q*d ∆V*A*εo29.3 2.82E-08 1.42E-03
8.85E-12 0.04
4.00E-11 1.04E-1134.7 3.35E-08 1.42E-03 4.76E-11 1.32E-1137.7 3.58E-08 1.42E-03 5.09E-11 1.33E-1142.7 4.09E-08 1.42E-03 5.81E-11 1.51E-11
GRAFICO #3 (Q*d VS ∆V*A*εo) Cartulina
0.00E+00
5.00E-12
1.00E-11
1.50E-11
2.00E-11
2.50E-11
3.00E-11
3.50E-11
4.00E-11
4.50E-11
6.23E-12 8.92E-12 1.05E-11 1.22E-11
Serie1
∆V Q d εo ÁREA Q*d ∆V*A*εo
17.6 6.75E-08 3.20E-04 8.85E-12 0.04 2.16E-11 6.23E-12
25.2 9.52E-08 3.20E-04 3.05E-11 8.92E-1229.6 1.14E-07 3.20E-04 3.63E-11 1.05E-1134.6 1.31E-07 3.20E-04 4.19E-11 1.22E-11
10. AJUSTE DE CURVAS
GRAFICA 1
y = 3E-09x + 6E-09
0.00E+00
5.00E-09
1.00E-08
1.50E-08
2.00E-08
2.50E-08
21.1 33.6 38.2 44.2
Serie1
Lineal (Serie1)
GRAFICA 2
y = 6E-12x + 3E-11
0.00E+00
1.00E-11
2.00E-11
3.00E-11
4.00E-11
5.00E-11
6.00E-11
7.00E-11
1.04E-11 1.32E-11 1.33E-11 1.51E-11
Serie1
Lineal (Serie1)
GRAFICA 3
y = 7E-12x + 2E-11
0.00E+00
5.00E-12
1.00E-11
1.50E-11
2.00E-11
2.50E-11
3.00E-11
3.50E-11
4.00E-11
4.50E-11
6.23E-12 8.92E-12 1.05E-11 1.22E-11
Serie1
Lineal (Serie1)
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 C 1 C 2
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
