CAMPO ELECTRICO EN UN CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS Y SU RELACION CON EL MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLEAguilar Sara Marulanda Hctor Miguel Martnez Juan Jose Meza San Jose Prez Rafael.Universidad del Atlntico.Facultad de Ingeniera2014

Palabras claves: Capacitor, Movimiento armnico simple, campo elctricoKeywords: Capacitor, Simple Harmonic Motion, electric field.Resumen.

En el presente informe, se mostraran los detalles de una prctica de laboratorio cuya finalidad consiste esencialmente en encontrar una relacin entre el periodo de un pndulo (en el caso a presentar, hilo con una esfera de aluminio), y el campo elctrico que se genera entre dos placas paralelas (capacitor de placas paralelas a un voltaje variable). Los resultados y observaciones se muestran a continuacin. Summary.

In this report, the details of a lab will show whose purpose is essentially to find a relationship between the period of a pendulum (in the present case, a ball of yarn with aluminum), and the electric field generated between two parallel plates (parallel capacitor plates at a variable voltage). The results and comments below

Introduccin. El movimiento armnico simple, a pesar de condicionarse y contener elementos ideales, explica muchos fenmenos fsicos y de nuestra vida cotidiana. Esto es lo que se intentara en este sucinto informe: Relacionar dicho concepto, de nuestro curso anterior de fsica, con los nuevos conceptos aprendidos, en este caso el campo elctrico.

Marco Terico. Capacitores de placas paralelas.

QU SON LOS CAPACITORES? Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga elctrica. El capacitor est formado por dos conductores prximos 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 ms sencilla, un capacitor 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 capacitor se encuentra cargado con una carga Q. Los capacitores pueden conducir corriente continua durante slo un instante (por lo cual podemos decir que los capacitores, para las seales continuas, es como un cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna.

Un capacitor de placas paralelas consiste de dos placas paralelas conductoras, cada una con rea A, carga +q y q respectivamente, separadas una distancia d. Si las dimensiones de las placas son grandes en comparacin con su separacin, d, el campo elctrico E entre ellas es aproximadamente uniforme. DIELCTRICO Se denomina dielctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante elctrico, y adems si es sometido a un campo elctrico externo, puede establecerse en l un campo elctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Todos los materiales dielctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dielctricos.Los dielctricos se utilizan en la fabricacin de condensadores, para que las cargas reaccionen. Cada material dielctrico posee una constante dielctrica k. Tenemos k para los siguiente dielctricos: vaco tiene k = 1; aire (seco) tiene k = 1,00059; tefln tiene k = 2,1; nylon tiene k = 3,4; papel tiene k = 3,7; agua (Qumicamente pura) tiene k = 80.

Un dielctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente, y su funcin es aumentar la capacitancia del capacitor. Los diferentes materiales que se utilizan como dielctricos tiene diferentes grados de permitividad (diferente capacidad para el establecimiento de un campo elctrico Mientras mayor sea la permitividad, mayor es la capacidad del condensador.

POLARIZACIN DE DIELCTRICO

Si un material contiene molculas polares, estarn normalmente en una orientacin aleatoria cuando no tiene un campo elctrico aplicado. Si se aplica un campo elctrico, polarizar al material, orientando los momentos de dipolos de las molculas polares.Esto disminuye el campo elctrico efectivo entre las placas y aumentar la capacidad en una disposicin de placas paralelas. El dielctrico debe ser un buen aislante elctrico para reducir al mnimo las fugas de corriente DC a travs del condensador.

PLACAS PARALELAS CON DIELCTRICO

La capacidad de un conjunto de placas paralelas cargadas, se incrementa por la insercin de un material dielctrico. La capacidad es inversamente proporcional al campo elctrico entre las placas y la presencia del dielctrico reduce el campo elctrico efectivo. El dielctrico se caracteriza por una constante dielctrica k y la capacidad se multiplica por ese factor.

Metodologa. El sistema est conformado por una fuente de voltaje, cuyo suministro mximo es de 10 kV, este estaba conectado a dos placas conductoras las cuales se cargaban con signos contrarios a una distancia de 0.006 m, con el tiempo de referencia 30 segundos se haca un conteo de las oscilaciones que realizaba un pndulo ubicado entre las placas. Donde el voltaje se variaba Para encontrarla relacin existente entre el campo elctrico y el periodo del pndulo usando como base el movimiento armnico simple del pndulo tenemos:

La fuerza de un campo elctrico se relaciona de la siguiente manera

Separacin de las placas 0,006 m.Tiempo: 30 segundos

Tabla 1.Potencial suministrado 7.0 kVPotencial suministrado 9.0 kV

OscilacionesOscilaciones

4129

3930

3729

4029

3729

Promedio

Po la 2da ley de newton tenemos:

ma

Las fuerzas que actan sobre el pndulo son la fuerza elctrica y el peso de la bola del pndulo, que debido al material, no produce una diferencia significativa en la relacin tenemos que

Reemplazando las ecuaciones del pndulo y la fuerza del campo elctrico tenemos:

Reemplazando w tenemos:

As se puede observar la relacin entre el campo elctrico y el periodo del pndulo

E= Campo elctricom= Masa del pndulo r= Longitud de la cuerdaa= Aceleracin del pndulov= Velocidad del pnduloT= Periodo del pndulow= Frecuencia angularq= Carga elctrica

Resultados y discusin.

A partir de la tabla 1. Se obtiene a mayor voltaje suministrado el nmero de oscilaciones disminuye

Sin embargo, existieron factores que afectaron los datos en gran medida, entre ellos, est el hecho de que un pndulo se mueve armnicamente bajo ciertas condiciones, tales como que el ngulo entre la cuerda y eje vertical sea menor a 15, o que la bola sea uniforme, o que la bola se cargue uniformemente, o que su movimiento sea constante, entre otras, y para este caso, ninguna de ellas se cumple, adems que noto que una de las placas no se cargaba haciendo que la pelota solo se cargara pero no lograba descargarse debido al estado de los dispositivos del sistema, que provocaba efectos como el adhesin de la bola a una de las placas, o el aumento y disminucin de la velocidad en las oscilaciones de manera repentina afecto de cierto modo las medidas. Para determinar el campo elctrico terico se tiene que:1. Ecuacin para campo elctrico de placas paralelas

2. Ecuacin para diferencia de potencial de placas paralelas.

3. Reemplazando (2) en (1)

Campo elctrico terico para la primera prueba es igual a

Mientras que el campo elctrico para la segunda prueba es igual a

Conclusiones.

Bibliografa.

1. Tipler, P; Mosca G (2005). Campo elctrico: Fisica para la ciencia y tecnologa. BramnA. RevertEspaa.636-6382. Serway, Raymon A. Jewett, Jhon W. Fsica para ciencias e ingenieras. 7 edicin, EEUU, Brooks/Cole 2008. 722-740

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