“CAPACITORES Y CAPACITANCIA”

Fernando Tejera González José Cera Jinetee-mail: ftejera@uninorte edu.co e-mail: jacera@uninorte.edu.coIngeniería industrial Ingenieria Mecanica

Fabio Iguaran Didier Bornacellie-mail: iguaranf@uninorte edu.co e-mail: dbornacelli@uninorte edu.co Ingenieria Mecanica Ingenieria Mecanica

ABSTRACT

This articulate has as aim to show the importance of interesting device called capacitors, these are the ones in charge to store great amounts of energy, for it we experimented in the laboratory the characteristics that must have these devices, which can be found in serious or in parallel. The capacitors keep a relation between their accumulated loads and their potentials which generate a constant that is called capacity or capacitance. After analyzing the obtained results of the different experiences it was possible to be reached the conclusion that these capacitors must contain in its interior a dielectric material with a dielectric constant that must have certain magnitude so that the mentioned capacitance previously increases considerably as it passes the time in addition phenomena as the electrical unloading are of great importance since thanks to the capacitors the energy produced by them can be stored and later be used.

RESUMEN

Este articulo tiene como fin mostrar la importancia de unos interesantes dispositivos llamados capacitores, estos son los encargados de almacenar grandes cantidades de energía, para ello se experimento en el laboratorio cuales deben ser las características que deben tener estos capacitores los cuales se pueden encontrar en serie ó en paralelo. Los capacitores guardan una relación entre sus cargas acumuladas y sus potenciales las cuales generan una constante que es llamada capacidad o capacitancia. Después de analizar los resultados obtenidos de las diferentes experiencias se pudo llegar a la conclusión que estos capacitores deben contener en su interior un material dieléctrico con una constante dieléctrica que deben tener cierta magnitud tal que la capacitancia mencionada anteriormente aumente considerablemente a medida que pasa el tiempo; además fenómenos como las descargas eléctricas son de gran importancia ya que gracias a los capacitores la energía producida por ellas puede ser almacenada y posteriormente ser utilizada.

1. INTRODUCCIÓN

Uno de los recursos mas importantes que tenemos los seres humanos es la energía, la cual es necesaria para que se puedan realizar todos los procesos vitales de la tierra, para ello se requiere el buen aprovechamiento de ella, por tal motivo muchos científicos se han dedicado a encontrar la mejor manera de utilizar o aprovechar dicho recurso el cual puede ser generado en grandes cantidades por descargas eléctricas para luego ser almacenadas y posteriormente distribuidas.

Por esta razón el hombre ha creado dispositivos especiales denominados capacitores, formados por dos conductores o armaduras, generalmente en forma de placas o láminas separados por un material dieléctrico(materiales que no conducen la electricidad) que, sometidos a una diferencia de potencial adquieren una determinada carga eléctrica (a esta propiedad de almacenamiento de carga se le denomina capacidad o capacitancia).

La relación que existe entre las cargas eléctricas acumuladas y la tensión sobre el capacitor es una constante llamada capacidad, el análisis de la capacitancia tiene alta importancia para la construcción de un capacitor que sea de gran utilidad cuando este en presencia de cargas.

2. MARCO TEORICO

En electricidad y electrónica, un condensador o capacitor es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo. Está formado por un par de superficies conductoras en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separados por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total almacenada).

Se denomina dieléctricos a los materiales que no conducen la electricidad, por lo que pueden ser utilizados como aislantes eléctricos.

Algunos ejemplos de este tipo de materiales 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 dieléctricos se utilizan en la fabricación de condensadores, para que las cargas reaccionen. Cada material dieléctrico posee una constante dieléctrica k. que es conocida como a constante de proporcionalidad directa e inversamente proporcional hablando matemáticamente

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Elementos utilizados:

Electrómetro Capacitor variable Amplificador de Potencia Esfera conductora Censores de voltaje Electrodo Jaula de Faraday Circuito RLC CI 6512 Censores de voltaje Interfaz ScienceWorkShop 750 Interruptor de tres posiciones

Eléctricas y que a su vez pueda almacenar dicha carga para luego utilizarla para el beneficio de la humanidad.

Por lo tanto resulta de nuestro interés estudiar, comprender y analizar los conceptos anteriormente expuestos para luego corroborar nuestros conocimientos con experiencias de laboratorio y de una u otra forma comprender los fenómenos que ocurren en la naturaleza no solo de forma teórica sino también en la práctica.

En esta primera experiencia se trabajo sobre la relación entre la carga (Q), la diferencia de voltaje (V) y la capacitancia (C) entre placas paralelas de las cuales se pudieron conocer sus propiedades haciendo uso de la formula C=Q/V , para ello la experiencia se realizo en cuatro partes:

Caso 1: Mantenga C constante, varíe Q y mida ∆V.

En este caso, la distancia entre las placas se mantuvo constante y por medio del electrodo se cargó una de las placas positivamente (tomando carga de la esfera conductora conectada a la fuente), por lo que la carga en el capacitor fue aumentando, y se midió V. Luego se doblo la distancia y se volvió a observar.

Caso 2: Mantenga V constante, varíe C y mida Q.

Se conecto el capacitor a una fuente de poder y se mantuvo el voltaje constante, la distancia entre las placas se fue variando, y utilizando la jaula de Faraday que estaba conectada al electrómetro, se transfirió carga a las placas por medio de un electrodo para luego medir la variación de la carga.

Caso 3: Mantenga C Constante, varíe V y mida Q.

Se conecto el capacitor a una fuente de poder y se vario el voltaje, la distancia entre las placas se mantuvo constante, y utilizando la jaula de Faraday que estaba conectada al electrómetro, se transfirió carga a las placas por medio de un electrodo para luego medir la variación de la carga.

Caso 4: Mantenga Q constante, varíe C y mida V.

Se realizan varios toques a las placas con el transportador de cargas Incremente la separación de las placas. Mida el potencial para cada caso. Realice por lo menos 5 mediciones. Evite tocar con sus manos las placas del capacitor.

Caso 5: Coeficiente dieléctrico.

Aquí se observo qué como afecta el uso del dieléctrico entre las placas de un capacitor. Por ello se llevaron las placas a cierta carga y a una distancia fija para luego insertar el dieléctrico, para así analizar como se comportaba el potencial mientras el dieléctrico se encontraba entre las placas.

4. DATOS OBTENIDOS

Caso 1

Caso 2

Caso 3

Caso 4

Caso 5

5. ANALISIS DE RESULTADOS

Responda estas preguntas a partir de los datos obtenidos

Pregunta 1: ¿Qué puede concluir acerca de la relación entre la carga Q y el voltaje V cuando la capacitancia del condensador es constante?

Manteniendo la capacitancia constante y variando la carga, la diferencia de voltaje aumenta, esto se debe a que según la fórmula son directamente proporcionales.

Pregunta 2:.Cuando aumenta la separación entre las placas. ¿Cómo cambia la capacitancia del capacitor? ¿Que relación hay entonces entre la capacitancia C y la carga en sus placas cuando se mantiene constante la diferencia de potencial V?

Al separar las placas la capacitancia disminuye debido a que esta es inversamente proporcional a la distancia. En cuanto a la relación que existe entre la capacitancia y la carga cuando V es constante es que son proporcionales debido a que si aumenta C también aumentara Q siempre y cuando V sea constante.

Pregunta 3: Cuando se mantiene la carga en las placas del capacitor constante. ¿Qué relación hay entre la capacitancia del condensador y la diferencia de potencial V entre sus placas?

Por definición tenemos que la C = Q/V que C es inversamente proporcional a la diferencia del voltaje por lo tanto al variar C (en este caso separamos las placas disminuyendo la capacitancia) la diferencia del voltaje tiende a aumentar en cada vez que la capacitancia disminuya.

Pregunta 4: ¿Qué cambios produce en la magnitud de la capacitancia introducir un dieléctrico entre sus placas?

El dialéctico evita el paso de la corriente por lo tanto hace que diferencia del voltaje se haga menor y esta por ser inversa a la capacitancia hace que esta aumente su magnitud.

6. CONCLUCIONES

Del actual informe pedemos resaltas los siguientes puntos:

Se estableció el concepto de capacitancia y la relación entre carga, voltaje y capacitancia para un condensador de placas paralelas.

Se estableció también las distintas variaciones que fueran de importancia para probar el funcionamiento de la ecuación de capacitancia para ver su funcionamiento en la practica

7. DATOS BIBLIOGRAFICOS

Mendoza, Aníbal; Ripoll Luís y Miranda Crespo Juan. Física Experimental: Electricidad y Magnetismo. 2ª. Edición. Barranquilla, Ediciones Unirte. 2006. 136 pag.

Sears et al. Física Universitaria. Volumen II. Undécima edición. México: Editorial Pearson. 2004. 1709 pag

Serway Raymond A. Física: Para ciencias e ingenierías. Volumen I. Sexta edición.Argentina: Editorial Thomson.2005.702 Pág.