Práctica 5 de Lab Fisica 3

Práctica #5

Condensadores en Serie y en Paralelo. I-Objetivos: 1. Redescubrir la fórmula de la capacitancia equivalente de una combinación en serie de condensadores. 2. Redescubrir la fórmula de la capacitancia equivalente de una combinación en paralelo de condensadores. 3. Determinar la capacitancia equivalente de combinaciones mixtas (serieparalelo). II-Materiales:    

Multímetro digital. Condensadores. Cables de conexión. Panel de montaje.

III- Informe Teórico: Un sistema de conductores que tienen cargas iguales y opuestas o condensador, es un dispositivo para almacenar cargas. Además almacena también energía. El símbolo que se utiliza en circuitos para los condensadores es ┤├. La capacitancia de un condensador aislado se define como el cociente entre la magnitud de la carga en cualquiera de los dos conductores y la diferencia de potencial entre ellos. C=Q/V La unidad en el sistema internacional para la capacitancia es el Faradio. El faradio es una unidad muy grande de capacitancia. Debido a esto se utilizan en la práctica submúltiplos, como por ejemplo el microfaradio (1 µF = 10-12 F). Los capacitares se pueden combinar de dos maneras: en serie y en paralelo. En la combinación en serie la placa negativa de un capacitor está conectada a la positiva del siguiente y así sucesivamente.

El sistema es equivalente a un solo capacitor cuya capacitancia equivalente es: 1 = 1 + 1 +… 1 Ceq C1 C2 Cn En la combinación en paralelo todas las placas positivas están conectadas a un punto común y las negativas a otro como se muestra en la figura. El sistema es equivalente a un solo capacitor cuya capacitancia equivalente es: Ceq= C1+C2+…Cn. Un condensador: Es un dispositivo que sirve para almacenar carga y energía. Está formado por dos placas conductoras (metálicas) de forma arbitraria aisladas una de otra, que poseen carga de igual magnitud pero de signos contrarios, por lo que se produce un campo eléctrico entre las placas. El valor absoluto de la carga de cualquiera de las placas se denomina `la carga del condensador'. Así, si un condensador tiene carga Q, implica que su placa positiva tiene carga +Q y su placa negativa tiene carga -Q. Los condensadores tienen muchas aplicaciones prácticas. Por ejemplo, el `flash' de una cámara fotográfica contiene un condensador que almacena energía necesaria para causar un destello de luz. También se usan en circuitos eléctricos para convertir la corriente alterna en corriente continua.  Conexión en Paralelo:

 Conexión en Serie:

IV-Procedimientos, resultados y análisis: 1. Determinar la capacitancia de dos condensadores cualquiera, luego conéctalos en serie como se indica en la figura 1. Anota los resultados en la tabla 1.

C1 µF 4.60

C2µF 9.06

C3µF 13.66

C4µF 3.06

2. Compara los resultados de (C1 + C2) con la capacitancia medida CAB ¿Resultan iguales? No. De ser negativo. ¿Qué relación existe entre la capacitancia equivalente CAB de los condensadores conectados en serie con la capacitancia en cada condensador? La relación que existe es que el valor de la capacitancia de los condensadores en serie es 4.46 veces menor que la suma aritmética de los capacitores A y B. 3. Repite el procedimiento anterior para tres condensadores. ¿Se verifica la relación anterior? Si. C1 µF 4.60

C2 µF 9.06

C3 µF 9.12

C1 +C2 +C3 µF 22.78

CAB µF 2.30

Haz el dibujo correspondiente. Recuerda que el símbolo de capacitador es ┤├ .

4. Coloca, ahora dos condensadores de igual valor en serie, previamente debe haber medido la capacitancia de cada uno. Luego mide la capacitancia equivalente. ¿Qué relación de igualdad existe entre la capacitancia equivalente y la capacitancia de uno cualquiera de ellos? La capacitancia medida es de 4.60. La capacitancia equivalentes es 1.98 veces mayor que la capacitancia de uno de los capacitores.

5. Con los datos de la tabla 1, calcule el inverso de la suma de los inversos C1 y C2, esto es 1/1+c1+1/c2 y compara este resultado con la capacitancia equivalente. C = (1/4.60+1/9.06)-1 = (0.21+0.11)-1= 3.125 µF. E% = |Ceq med|- |Ceq calc| * 100/Ceq medida=|3.06|-|3.125| * 100/3.06 = 2.12%. ¿Son iguales los resultados? Si. ¿Con qué margen de error? 2.12%. 6. Coloca los dos capacitores usados en el procedimiento #1 en paralelo, tal como se muestra en la figura. Luego procede a completar la tabla #2.

C1 µF C2 µF C1 +C2 µF CAB µF 4.60 9.06 13.66 3.09 7. Compara los resultados obtenidos en (C1 y C2) con la capacitancia equivalente medida CAB. ¿Existe alguna diferencia? Sí. E% = |Ceq med|- |Ceq calc| * 100/Ceq medida=|13.62|-|13.66| * 100/13.62 = 0.3%. ¿Qué concluyes? Existe un margen de error de 0.13%. 8. Repite el procedimiento #7 para tres condensadores. ¿Se verifica la relación anterior? Si. C1 µF 4.55

C2 µF 4.66

C3 µF 9.27

C1 +C2 + C3 µF 18.48

Haz el dibujo correspondiente.

CAB medida µF 18.18

9. Mide el valor de tres capacitores, conéctalos como se indica. Mide la capacitancia equivalente CAB y anota los resultados en la tabla #3. C1 µF

C2 µF

C3 µF

4.55

4.66

9.27

CAB medida µF 4.68

10. Calcula mediante fórmula la capacitancia equivalente entre los puntos A y B. Compara este resultado con el valor medido. ¿Se siguen los patrones observados en los pasos anteriores? Si. C1C2= C1+C2. C1C2= 4.55+4.66= 9.21 C1C2= (1/9.27+1/9.21)-1 Ceq = (0.11+0.11)-1 Ceq=4.55 µF

V-Actividades Complementarias:

1- Calcule la capacitancia equivalente de la configuración que se muestra en la figura. Los condensadores tienen la siguiente capacitancia:

C1 7.12

Capacitancia en Microfaradios (µF) C2 C3 C4 C5 7.17 0.58 6.11 0.65

C6 2.22

2- Haz el montaje de esta asociación y procede a medir la capacitancia equivalente entre los puntos A y B. C2C3= (1/7.17+1/0.58)-1=0.54 µF C4C5C6= (1/6.11+1/0.65+1/2.22)-1= 0.46 µF

Capacitancia en Microfaradios (µF) CAB 8.18

C1C2C3C4C5C6=7.12+0.54+0.46=8.12 µF 3- En la expresión obtenida en (1) sustituye el valor de C. Resulta un resultado., Menor o igual al medido en (2). Mayor. 4- ¿Cómo deberían ser conectados cuatro capacitores de 1µF para que tengan una capacitancia total de: a) 4µF b) 0.25µF

c) 0.75 µF

d) 1.33 µF

a) Los cuatros deben estar en paralelos para que la capacitancia total sea 4 µF. b) Los cuatros deben estar en serie para que la capacitancia total sea 0.25 µF. c) Para que la capacitancia total sea 0.75 µF tienen que haber tres capacitores en paralelo y el otro tiene que estar en serie. d) Para que la capacitancia total sea 1.33 µF tienen que haber tres capacitores en serie y el otro tiene que ser paralelo al capacitor resultante de lo que están en serie. 5- Dos capacitores cuando están conectados en paralelo producen una capacitancia equivalente de 100 µF y una capacitancia equivalente de 21.76 µF cuando se conectan en serie. ¿Cuál es la capacitancia en cada capacitor? Ct= (1/C1 + 1/C2)-1 Ct= (1/100 + 1/21.76)-1 = Ct= (0.056)-1= Ct= 17.86 µF.

Conclusión. Para finalizar esta práctica podemos decir que los condensadores no son más que dispositivos que permiten la carga y la descarga de energía, y por lo tanto, el almacenamiento de las mismas, en el tiempo que sea necesario. Por consiguiente, son dispositivos que evitan el disparo repentino del flujo de energía almacenando una cantidad de la misma dentro de ellos. Por otra parte observamos que las cargas de los condensadores en serie en un circuito son iguales, y en los condensadores en paralelos varía, aunque esta variación es mínima.

Introducción. A continuación les presentamos una práctica donde aprenderemos a calcular los condensadores cuando están serie y en paralelo, también utilizaremos algunos instrumentos como son: el multímetro digital, condensadores, cables de conexión y un panel de montaje, para así, poder medir las cargas que tiene cada condensador.

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Bibliografía. Pérez, Víctor. Peña Cabrera, Fulgencio.2005 Manual de laboratorio de física 3. Pagina (19-24). Santo Domingo, República Dominicana. http://es. Wikipedia.org http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu