capacitancia (capacitores)
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Escuela Superior Politécnica del Litoral
Laboratorio de Física C
Capacitancia
Alumno: Richard Villón Barona
Profesor: Msc. Francisca Flores N. Fecha De Entrega: 20 de Junio de 2012
Paralelo: 22 I Término
Resumen
En la practica realizada el 13 de junio del 2012, en la cual se propuso encontrar la capacitancia
de un capacitor desconocido en términos de un capacitor patrón y también comprobar que una
conexión en paralelo de capacitores almacena mayor energía potencial electrostática que una
conexión en serie.
En esta práctica conocimos el concepto de capacitancia, y como un conjunto de conductores y
dieléctricos, pueden almacenar cierta cantidad de carga creado por una diferencia de potencial
eléctrico. También aprendimos a diferenciar entre una conexión en serie y una en paralelo, los
beneficios de cada una, y cuando debemos usar cada combinación.
En esta práctica también aprendimos cierta simbología que se usan en los diagramas eléctricos, y
poder leerla correctamente para armar un circuito eléctrico.
Se relata como se armaron distintas conexiones, todas las conexiones constaron de una fuente
que según especificaciones de la profesora utilizamos 5V, interruptor, capacitores y voltímetro;
siguiendo el procedimiento descrito en el libro se logró hallar la capacitancia del capacitor
desconocido ( ) para el primer experimento; en la siguiente se realizaron conexiones en serie y
paralelo en las cuales se utilizó ambos capacitores al mismo tiempo , también se calculó la
capacitancia equivalente paralelo y serie; y la energía almacenada en cada configuración.
Se puede decir que los resultados fueron en el rango de error requerido para la capacitancia
desconocida fue con un error de 10%.
Para las conexiones en serie y paralelos su capacitancia equivalente fueron
respectivamente, mientras tanto la energía almacenada fue de
con este argumento se aseguro que la conexión en paralelo almacena mayor energía potencial.
Introducción
Capacitancia
Es la propiedad de un capacitor de oponerse a toda variación de la tensión en el circuito
eléctrico. Como una propiedad de almacenar carga eléctrica entre dos conductores, aislados el
uno del otro, cuando existe una diferencia de potencial entre ellos, las dos placas actúan como
conductores, mientras que el aire actúa como un aislante.
La capacitancia C, de un capacitor se define como el coeficiente de la magnitud de la carga de
cualquiera de los conductores entre la magnitud de la diferencia de potencial entre los
conductores, de esta manera se tiene que:
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, medida en voltios.
Los factores que determinan la Capacitancia de un Capacitor simple son:
El área de las placas,
La separación entre las placas y
El material del dieléctrico;
Un Faraday es una unidad enorme de capacitancia, ni combinando toda la capacitancia de la
tierra se obtendría esta cantidad de energía, por esto los capacitores son del orden de los
microfaradios
Un capacitor cargado almacena una cantidad de energía potencial electrostática igual a:
Esta energía puede imaginarse como almacenada en el campo eléctrico entre las placas.
Conexión Paralelo
Es una configuración en la que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores,
resistencias, condensadores, interruptores, entre otros), se conectan de modo que sus cables de
conexión tomen carga de polo distinto es decir no están en secuencia.
Cuando se tienen condensadores en paralelo, la diferencia de potencial de todos ellos es la
misma.
Un capacitor equivalente de n capacitores conectados en paralelo viene dado por:
∑
Conexión Serie
es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos
(generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan
secuencialmente. La terminal de salida del dispositivo uno se conecta a la terminal de entrada del
dispositivo siguiente. La carga de los capacitores es la misma.
Un capacitor equivalente de n capacitores conectados en serie viene dado por:
∑
Equipos y materiales
Fuente de Voltaje DC
Voltímetro, alcance 3V a 6V
Interruptor
Capacitor estándar CENCO
Capacitor desconocido
Cables de conexión
Ver fig. #1
Capacitancia de un capacitor desconocido
Armamos el circuito (fig. #2, #3) y procedemos a realizar los siguientes pasos:
1. Ajustamos la fuente en , en la posición del interruptor en b.
2. Colocamos el interruptor en la posición a, para cargar el capacitor patrón ( )
3. Switcheamos de la posición de a la b esperamos aproximadamente 20 segundos para
que se cargue le capacitor y tomamos la lectura del voltímetro en el instante que
volvemos a la posición original.
4. Desconectamos el circuito y sustituimos el capacitor patrón por el desconocido ( )
Se repitió los pasos 2 y 3. Cabe indicar que la lectura del voltímetro representa la diferencia de
potencial en el capacitor.
La calculamos la capacitancia del condensador desconocido mediante:
Conexión en paralelo
Conectamos en paralelo los capacitores desconocido y patrón como se indica en la fig. #4 y de
manera similar al procedimiento anterior; se toma la lectura del voltímetro justo después de
switchear a la posición original, dicha lectura representa la diferencia de potencial de la
configuración en paralelo.
La capacitancia equivalente en paralelo se calcula:
Conexión en serie
Conectamos en serie los capacitores desconocido y patrón como se indica en la fig. #5 y de igual
manera que la conexión en paralelo, tomamos la lectura del voltímetro pero aquí esta lectura
representa la diferencia de potencial de la configuración en serie.
La capacitancia equivalente en serie se calcula:
Tabla de Datos y resultados
Tabla de datos
Cálculo de la capacitancia desconocida
(
) (
)
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Cálculo de la capacitancia equivalente en paralelo
(
)
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( )
∑
Cálculo del error porcentual:
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Cálculo de la capacitancia equivalente en serie
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Cálculo del error porcentual:
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Determinación de la energía almacenada en la configuración paralelo y serie:
Gráficos.
Fig. #1 Equipos y materiales
Aquí se presentan todos los equipos utilizados en
esta práctica.
Fig. #2 Conexión para capacitor patrón.
Aquí se midió el voltaje que se generó al dejar
cargar el condensador patrón.
Fig. #3 Conexión para capacitor
desconocido.
Aquí se midió el voltaje que se generó al
dejar cargar el capacitor desconocido.
Fig. #4 Conexión en paralelo
Aquí medimos toda la capacitancia equivalente
entre los dos capacitores conectado en paralelo
Fig. #5 Conexión en serie
Aquí se toma la medición del voltaje generado
cuando los condensadores están conectados en
serie.
Análisis de Datos y resultados.
Capacitor desconocido
Con todo lo conocido solo se armó un circuito simple, ya que nos permita solo cambiar los
capacitores y calcular capacitancia. Esta capacitancia nos resultó , este
resultado difiere del teórico porque el voltímetro que utilizamos era de plumilla y este tipo de
equipos no es están preciso; y también porque la velocidad con la que decaía el voltaje era un
poco complicado medirlo, logrando un error porcentual de 10% (justo para avanzar).
Conexión en paralelo
Para la conexión en paralelo de capacitores nos fijamos que la capacitancia equivalente siempre
va a ser mayor a uno de los componentes que intervienen en dicha conexión. En nuestro caso
siempre es mayor a Cep. Además también se conoce que ∑ aplicando esta ecuación,
nuestro Cep=(2.x10-6), comparando con nuestro valor experimental de ;
logrando un error porcentual del 0%, esto se debe a las mismas razones ya expuestas
anteriormente.
Conexión en serie
Hay que tener en cuenta que cuando hablamos de conexión en serie, la capacitancia del conjunto
es menor a la capacitancia más pequeña de uno de sus componentes. Con este razonamiento
podemos decir que la capacitancia equivalente en serie va a ser menor que en paralelo.
Además conocemos que:
∑
si aplicamos esta ecuación, nuestro
comparando nuestro resultado experimental obtuvimos un error porcentual del 10%.
Como se puede observar nuestros errores oscilan entre 0 y 10% como se pretendía, la práctica se
la considera buena; los valores obtenidos fueron correctamente calculados con su respectivo
error.
Con todo esto podemos concluir que la energía potencial en paralelo es mayor que la energía
potencial en serie:
Conclusiones
En base al desarrollo de la práctica y al resultado de la misma podemos concluir lo siguiente:
Aprendimos que una conexión paralela de capacitores, se almacena mayor energía
potencial electrostática que en una conexión en serie.
El comportamiento de los capacitores en las distintas conexiones, como se serie y paralelo, y a
diferenciar cuales son su característica.
El voltaje en una conexión en paralelo es el mismo.
La carga en una conexión en serie es la misma para todos los capacitores.
Referencias bibliográficas
Guía de Laboratorio de Física C. ICF - ESPOL. Revisión III
http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitor
http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico
http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico
http://www.emagister.com/curso-electricidad-fundamentos/capacitancia
http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/moodle/file.php/111/Documentos/Capacitores_y_diele
ctricos/Condensadores_en_paralelo.pdf