PRACTICA 3 Electromagnetismo

Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas Objetivos: Experimento 1 1.1 Encontrar la diferencia entre las distancias de las placas del capacitor de placas planas. 1.2 Determinar el campo eléctrico del interior de las placas en función de la distancia de las placas del capacitor de placas planas. 1.3 Determinar la carga del capacitor de placas paralelas.

Experimento 2 2.1 Determinar la capacitancia con un dielectrico entre las placas del capacitor de placas planas. 2.2 Determinar la relacion de el dielectrico la distancia a las placas del capacitor de placas planas. 2.3 Determinar la carga al tener un dielectrico entre las placas del capacitor de placas planas.

Experimento 3 3.1 Calcular la diferencia de potencial entre las placas del capacitor de placas planas. 3.2 Determinar la diferencia de capacitancia conforme a la dustancia de las placas. 3.3 Determinar la capacitancia entre las placas segun la permitividad del medio.

Expermiento 4 4.1 Calcular la permitividad del medio y su error expermiental. 4.2 Calcular A. 4.3 Calcular E0 y comparar por la teoría.

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Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas

Introducción Teórica: La ley de Gauss, que se aplica a cualquier superficie cerrada hipotética (llamada superficie Gaussiana), establece que una conexión entre

en la superficie y la

carga total q encerrada por ella. La ley se establece como: =q =q

Si una superficie encierra cantidades iguales de carga de signo opuesto, el flujo es cero. La carga exterior a la superficie no contribuye al valor de q, así como tampoco afecta a su valor la localización de las cargasen el interior de la superficie. Si la distribución de cargas tiene una simetría tal que se pueda calcular con facilidad la integral de la ec., escogiendo adecuadamente a la superficie gaussiana, la ley de Gauss puede utilizarse para calcular E en todos los puntos de una superficie cerrada, la ley de Gauss se puede emplear para calcular la carga en el interior de la superficie. La ley de Gauss puede utilizarse para hacer una predicción importante, a saber: un exceso de carga, colocada en un conductor aislado, yace completamente sobre su superficie externa. La ley de Gauss puede utilizarse para calcular E si la distribución de carga es suficientemente simétrica. La capacitancia C depende del medio en el que están inmersos los conductores, pero por lo pronto se supondrá que este es el vacio. La unidad de la capacitancia en el SI, es el coulomb/volt. Sin embargo se utiliza un nombre especial para representarla: el farad (siendo su símbolo F). Página 2

Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas 1F = 1 C/V En la práctica se utilizan los siguientes submúltiplos del farad, que son más convenientes: el microfarad (1µF = 10-6F) y el picofarad (1µF = 10-12F). Un capacitor es el dispositivo físico que posee la propiedad eléctrica denominada capacitancia. Un capacitor se compone básicamente de 2 placas conductoras paralelas, separadas por un aislante denominado dieléctrico. Cualquier capacitor tiene una capacitancia C para almacenar carga. Por lo tanto, la capacitancia de un dispositivo es la medida de su capacidad de almacenar carga y energía potencial eléctrica. La cantidad de carga que puede colocarse en un conductor está limitada por la rigidez dieléctrica del medio que se encuentra entre sus placas. Los capacitores son dispositivos muy útiles, de gran interés para los ingenieros y físicos. Un capacitor puede utilizarse para establecer las configuraciones de campos eléctricos que se requieran para varios propósitos. Analizando un capacitor cargado se demostrará que puede considerarse que la energía eléctrica esta almacenada en el campo eléctrico, independientemente de la forma en que se genero. Debido a que los capacitores pueden generar campos eléctricos intensos en pequeños volúmenes, pueden servir como dispositivos útiles para el almacenamiento de la energía. Los capacitores se usan junto con otros dispositivos, para reducir las fluctuaciones de voltaje en las fuentes de potencia electrónicas, para transmitir señales pulsadas, para generar o detectar oscilaciones electromagnéticas en las frecuencias de radio.

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Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas Dos placas paralelas de igual área A están separadas una distancia d Una placa tiene carga +Q, y la otra, carga -Q. Como las cargas +Q y –Q son de la misma magnitud solamente se habla de la carga Q que almacena el capacitor C. La carga por unidad de área en cada placa es: σ=

=[

]

Si las placas están muy cercanas una de la otra, podemos despreciar los efectos de los extremos y suponer que el campo eléctrico es uniforme entre las placas y cero en cualquier otro lugar. El campo eléctrico entre las placas esta dado por: E=

=

La diferencia de potencial entre las placas es igual a Ed ; por lo tanto: V = Ed = La capacitancia de un condensador de placas paralelas es proporcional al área de éstas e inversamente proporcional a la separación entre ellas.

Planteamiento del Problema: El voltaje varia de forma de forma directamente proporcional a la distancia de separación de las placas del capacitor de placas planas paralelas. La capacitancia es inversamente proporcional a la distancia de las placas del capacitor de placas planas paralelas. Descripción del experimento: Se conecto el voltímetro electrostático a las terminales del capacitor de placas planas paralelas, respectivamente. Página 4

Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas PRIMER EXPERIMENTO 1. Se abrieron las placas del capacitor de placas planas paralelas a una distancia de 7 cm. 2. Posteriormente frotando la barra de acrílico con el paño se cargo el capacitor. 3. Se cargo el capacitor hasta que se obtuvo una carga de 7.5kV, a partir de ahí se fue reduciendo la distancia de separación de las placas en medio cm. 4. Se registraron los valores del potencial que se obtuvieron cada que se reducía la distancia en 0.5cm. 5. Se separaran de nueva cuenta las placas a una distancia de 7cm. 6. y se volverá a tomar las lecturas de las mediciones en el voltímetro. 7. Anotar los datos en tablas. i

d ( c m ) v

1

7

2

6

3

6

4

5

5

5

6

4

7

4

8

3

9

3

1

0 2

1

2 2

1

3 1

.

.

.

.

.

.

( k v ) v2 (kv) v 3 ( k v )

6

.

7 6

5 6

.

4 5

.

9 5

6

.

3 5

.

8 5 . 7 5

5

.

7 5

.

6

5 6

6 .

9

5

.

8 5

.

5 5

.

4

5 5

.

6 5

.

3 5

.

2

5

.

4 5

.

1 5

4

.

8 4

.

7

5 5 4

.

7 4

.

5 4 . 3 5

5 4

.

2 4

.

1 4

3

.

7 3

.

5 3

.

4

2

.

8 2

.

7

5 3

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Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas 1

4 1

1

5 0

.

2

1

.

8 1

.

8

5 0

0

.

5 0

.

5

SEGUNDO EXPERIMENTO 1. Se abrieron las placas del capacitor a cierta distancia para poder introducir las placas de acrílico. 2. Posteriormente se volvió a cargar el capacitor de placas planas paralelas con ayuda de la barra de acrílico frotada con el paño, para obtener una carga de 2.5kv. 3. Se tomo la medida de separación de las placas. 4. Retiramos una por una las placas de acrílico tomando las lecturas en el voltímetro. 5. Después se retiraron todas las placas de acrílico y se anoto el valor de la lectura. 6. Se hicieron mediciones por cada placa que se quitaba tomando en cuenta la distancia de separación de las placas del capacitor con el acrílico y el aire. 7. Registramos los valores en las tablas. 8. Por último se tomo la medida de el diámetro de las placas del capacitor.

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Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas

Dieléctrico de Acrílico i

d

1

6

(

c

m

.

) V

(

k

v

)

2

2 3 4 5 6 7 8 9 1

0 9. 10. Dieléctrico aire

i

d

(

c

m

) V

(

k

v

)

1 2 3 4 5 6 7 8

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Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas 9 1

0

SEGUNDA OPCION 1. Se ensamblo el dispositivo, ahora con el multimetro conectado a las placas del capacitor. 2. Procederemos a medir la capacitancia del dispositivo conforme se aumente la distancia de separación de las placas del capacitor. 3. Se registraron las lecturas de 10 mediciones en las tablas. Datos de capacitancia para diversas distancias de separación n

Distancia (cm)

1

1

.

0 .

1

0

2

2

1

.

5 .

0

5

8

3

2

.

0

4

3

4

2

5 .

0

3

6

4

3

.

0

3

1

6

3

5 .

0

2

8

7

4

.

0

2

6

8

4

5 .

0

2

4

9

5

.

0

2

3

1

0 5

5 .

0

2

2

.

.

.

.

Capacitancia (nf)

SEGUNDA PARTE 1. Se ensamblo de nuevo el dispositivo como en el experimento anterior

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Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas 2. Ahora se insertaron placas de acrílico para separar las placas del capacitor, y así poder medir la separación de las placas. 3. Anotamos los resultados de las lecturas en una tabla.

Valores de capacitancia con dieléctrico s e p a r a c i ó n

d ( c m )

c a p a c i t a n c i a

C d

( n f )

2

.

2 .

1

0

2

2

.

7 .

0

8

4

3

.

3 .

0

6

9

3

.

9 .

0

6

1

4

.

5 .

0

5

3

5

.

1 .

0

4

8

5

.

6 .

0

4

5

6

.

2 .

0

4

2

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Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas Material: 

Capacitor experimental de placas planas y paralelas.



Multimetro digital M-4650 CR.



Dos cables de conexión para medición de capacidad.



Diez placas de acrílico.



Un flexometro.



Paño de lana.



Voltímetro electrostático.



Punta de prueba.



Barra de acrílico.



2 cables banana-caimán (1m).

Bibliografía: 

Sears, Zemansky, Young, Freedman Física Universitaria Ed. PEARSON. México 2005

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Practica No. 3. Capacitor de Placas Planas Paralelas 

Resnick, Halliday Física Parte 2 Editorial C.E.C.S.A. Tercera edición.

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