Práctica de Laboratorio Capacitancia

Instituto de Ciencias Físicas

Capacitancia Nombre de la Estudiante:

Denisse Villamar Herrera Nombre de la Profesora:

Francisca Flores Nicolalde Fecha de Entrega:

26 - enero – 2011 Paralelo:

27 Práctica:

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II Término 2010-2011

En esta experiencia para poder encontrar la capacitancia de un capacitor desconocido en relación de un capacitor cuya capacitancia ya era conocida, se procedió a realizar una conexión simple en la cual intervenía el uso de un voltímetro, un interruptor de dos bornes y una fuente de voltaje. Para poder demostrar que en una conexión paralela de capacitores era mayor la energía electroestática almacenada, que en una conexión en serie; se procedió a armar dos tipos de conexiones en las cuales se utilizo todo el material anterior citado, y mediante unos diagramas eléctricos se pudieron armar dichas conexiones. En esas conexiones se pudo obtener la diferencia de potencial entre los dos capacitores, el conocido y el desconocido, dato utilizado para hallar la capacitancia de cada una de las conexiones y posteriormente la energía almacenada en cada una de ellas. Comprobando de esta manera que la conexión en paralelo alberga mayor cantidad de energía potencial que la conexión en serie.

En electricidad y electrónica, un condensador (capacitor en inglés) 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). La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia. La capacidad o capacitancia es una propiedad de los condensadores o capacitores. Esta propiedad rige la relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del capacitor y la carga eléctrica almacenada en este, mediante la siguiente ecuación:

Donde: 

C es la capacidad, medida en faradios[ ] (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio [ ] o picofaradio[ ].

 

Q es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios; V es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios. Un capacitor cargado almacena una cantidad de energía potencial electroestática igual a:

Ésta energía puede imaginarse como almacenada en el campo electico entre placas. Un capacitor equivalente de n capacitores conectados en paralelo viene dado por: ∑ Un capacitor equivalente de n capacitores conectados en serie viene dado por: ∑

ACTIVIDAD 1. Capacitancia de un capacitor conocido. 1) Se armó el circuito. a

5V

C

b

V

2) Se ajustó la fuente de voltaje en 5V, con la posición del interruptor en b. 3) Se colocó el interruptor en la posición a, para cargar el capacitor patrón ( tiempo de espera fue de 20 s.

). El

4) Se cambió la posición del interruptor de a a b y se registro la lectura ( ) del voltímetro en ese instante. 5) Cuando el circuito estuvo desconectado, se sustituyo el capacitor patrón por el desconocido ( ). Luego se activo el circuito y se repitió los pasos 2 y 3. 6) Aplicar los cálculos pertinentes.

ACTIVIDAD 2. Conexión paralelo y conexión serie. 1) Se armó el circuito de manera que los capacitores, desconocido y patrón, queden en

paralelo, de manera similar al experimento anterior se determino la lectura del voltímetro ( ). a

5V

b

V

Los capacitores y se conectaron en serie como se indica en la figura, y de manera similar que el caso anterior, se determino la lectura del voltímetro ( ). a

b

5V

V

ACTIVIDAD 1. Capacitancia de un capacitor conocido. Del circuito mostrado, cuando el interruptor estuvo en la posición a, tanto el capacitor patrón como el desconocido adquirieron una carga máxima y respectivamente, notando que ambos capacitores son sometidos a la misma diferencia de potencial V, de donde se desprendió la siguiente relación:

La lectura que señaló el voltímetro represento la diferencia de potencial en el capacitor la cual es proporcional a la carga almacenada en el capacitor, por tanto es válida que la relación ( ⁄ ) sea equivalente a ( ⁄ ). Entonces la capacitancia desconocida se obtiene por:

Cálculo de la capacitancia desconocida.

1.5 [V] 1 [V] 1

ACTIVIDAD 2. Conexión paralelo y conexión serie.

Cálculo de la capacitancia equivalente paralelo. (

Capacitancia Teórica Equivalente 

)

 2.6 [V] Capacitancia Experimental Equivalente  Error Porcentual 

|

|

Cálculo de la capacitancia equivalente serie. Capacitancia Teórica Equivalente 

 0.6 [V] Capacitancia Experimental Equivalente  Error Porcentual 

|

|

Energía Almacenada en cada configuración (Paralelo y Serie). ( (

)( )(

) )

En esta práctica se pudo analizar la diferencia que existe al almacenar energía potencial electroestática en una conexión en serie la cual dio como resultado una energía almacenada de [ ][ ] y una conexión en paralelo que dio como resultado un valor de [ ][ ], notablemente se pude observar que la conexión en paralelo tiene una mayor cantidad de energía electroestática almacenada que la conexión en serie, También en esta practica se pudo obtener los valores de las capacitancias de los capacitores conectados en serie, en paralelo y sin olvidar la determinación del capacitor desconocido, con un error muy aproximado al cero porciento, no se pude decir que no hubo error ya que realmente en la vida real realmente siempre existirá un margen de error en las mediciones que hagamos, aunque sea mínimo. Pero los valores que se obtuvieron, como es el caso de la ][ ], en la capacitancia del capacitor desconocido que tubo un valor de [ ][ ] y por ultimo se capacitancia de la conexión en paralelo se obtuvo un valor de [ obtuvo el valor de la capacitancia de la conexión en serie, la cual tomo el valor de [ ][ ], estas cantidades fueron al compararlas iguales a los valores teóricos obtenidos, por lo cual se puede comprobar la veracidad delos valores obtenidos en la practica.

Como ya se tenía como objetivo al inicio de la práctica se pudo obtener el valor de capacitancia del capacitor desconocido en términos de un capacitor patrón, mediante la utilización de una conexión simple se obtuvieron los valores de las respectivas diferencias de potencial electroestático y conociendo la capacitancia del capacitor conocido, se hallo el valor de la capacitancia desconocida mediante la relación entre la capacitancia y la diferencia de potencial se obtuvo el valor de la capacitancia del capacitor desconocido. Siguiendo similar procedimiento pero utilizando en la conexión los dos capacitores se obtuvo el valor de la capacitancia de la conexión en paralelo y la conexión en serie. Cuyos valores fueron necesarios para obtener la energía almacenada en cada conexión, demostrando de esta manera el segundo objetivo de esta practica, que la energía almacenada en la conexión en paralelo albergaba mayor cantidad de energía potencial electroestática que la conexión en serie.

Imágenes:  Celular. Información:

 Folleto de Laboratorio de Física C  http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_eléctrico  http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_eléctrica