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LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZO
OBJETIVOS
Encontrar la capacitancia de un capacitor desconocido en
términos de un capacitor patrón.
Comprobar que en una conexión paralela de capacitores, se
almacena mayor cantidad de energía potencial electrostática
que en una conexión en serie
RESUMEN
En la práctica se encontró la capacitancia de un capacitor
desconocido a partir de un capacitor conocido. Al que mediante
manipulación de ecuaciones se logró obtener la capacitancia dicha y
se obtuvo como resultado 0.43 uf el valor teórico era de 0.5uf
dándonos de error porcentual el 14 %.
Se realizó también conexiones en serie paralelo y serie de los
capacitores y aplicando la ecuación obtenida se calculó la
capacitancia equivalente paralela obteniendo como resultado
experimental 1.48uf su valor teórico es de 1.5 uf su error
porcentual fue de 1.6 % la capacitancia equivalente en serie se
obtuvo 1.48
Tambiénse comprobó que en las conexiones paralela de capacitores
se almacena mayor energía potencial electrostática que en la
conexión serie al comparar las energías
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Introducción
Un Capacitor o también Condensador, es un dispositivo que
almacena carga eléctrica. En su forma más sencilla, un condensador
está formado por dos placas metálicas (armaduras) separadas por
una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las
placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo
opuesto en la otra placa. La relación entre la carga y la diferencia
de potencial V entre los conectores es
Dos conductores separados por un aislante (o vacío) constituyen un
capacitor. En la mayoría de las aplicaciones prácticas, cada
conductor tiene inicialmente una carga neta cero, y los electrones
son transferidos de un conductor al otro; a esta acción se le
denomina cargar el capacitor. Entonces, los dos conductores tienen
cargas de igual magnitud y signo contrario, y la carga neta en el
capacitor en su conjunto permanece igual a cero. Cuando se dice que
un capacitor tiene carga Q, o que una carga Q está almacenado en
el capacitor.
(1) Q = C· V
La unidad del SI para la capacitancia es el farad (1 F)
1 F = 1 farad = 1 C/V = 1 coulomb/volt
Cuanto mayor es la capacitancia C de un capacitor, mayor será la
magnitud Q de la carga en el conductor de cierta diferencia de
potencial dada Vab, y, por lo tanto, mayor será la cantidad de
energía almacenada. (Hay que recordar que el potencial es energía
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potencial por unidad de carga.) Así, la capacitancia es una medida
de la aptitud (capacidad) de un capacitor para almacenar energía.
Se verá que el valor de la capacitancia sólo depende de las formas y
los tamaños de los conductores, así como de la naturaleza del
material aislante que hay entre ellos.
Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica que
pueden almacenar, pasado el cual se perforan. Pueden conducir
corriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan bien
como conductores en circuitos de corriente alterna. Esta propiedad
los convierte en dispositivos muy útiles cuando debe impedirse que
la corriente continua entre a determinada parte de un circuito
eléctrico. Los condensadores de capacidad fija y capacidad variable
se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia,
en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos
eléctricos se utilizan grandes condensadores para producir
resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más
potencia.
Los condensadores se fabrican en gran variedad de formas. El aire,
la mica, la cerámica, el papel, el aceite y el vacío se usan como
dieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al dispositivo.
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Si se define la energía potencial de un capacitor sin carga como
igual a cero, entoncesW en la ecuaciónes igual a la energía potencial
U del capacitor con carga. La carga final almacenada es Q = CV, por
lo que U (que es igual a W) se expresa como:
U= = =
(energía potencial almacenada en un capacitor)
La capacitancia equivalente Ceq de la combinación en serie se define
como la capacitancia de un solo capacitor para el que la carga Q es
la misma que para la combinación,cuando la diferencia de potencial
es la misma. En otras palabras, la combinación se puede sustituir
por un capacitor equivalente de capacitancia Ceq. Para un capacitor
de este tipo . Al combinar las ecuaciones se encuentra que
Este análisis se puede extender a cualquier número de capacitores
conectados en serie. Se obtiene el siguiente resultado para el
recíproco de la capacitancia equivalente:
Ceq= + (capacitores en serie)
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La combinación en paralelo es equivalente a un solo capacitor con la
misma carga total Q = Q1 + Q2 y diferencia de potencial V que la
combinación. La capacitancia equivalente de la combinación, Ceq, es
la misma que la capacitancia Q/V de este único capacitor
equivalente
Ceq = C1 + C2
De igual forma se puede demostrar que para cualquier número de
capacitores en paralelo,
C= C1 + C2 + C3+………(Capacitores en paralelo )
La capacitancia equivalente de una combinación en paralelo es igual
a la suma de las capacitancias individuales. En una conexión en
paralelo, la capacitancia equivalente siempre es mayor que cualquier
capacitancia individual.
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Procedimiento experimental
Materiales usados
Fuente de voltaje DC
 Voltímetro, alcance 3V, 6V
 Interruptor
 Capacitor estándar cenco
 Capacitor desconocido
Cables de conexión
1. Capacitancia de un capacitor desconocido
Se ajusta la fuente de voltaje en 8 Vdc con la posición del
interruptor en b. Se coloca el interruptor en la posición a, para
cargar el capacitor patrón. Luego se cambia la posición del
interruptor de a en b y se registra la lectura Vp del voltímetro
en ese instante y así mismo con el circuito desconectado,
sustituir el capacitor patrón y abrir el circuito y anotar el
voltaje Vx
a b
8vdc +
C V
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2. Conexión paralelo y conexión serie
Se conectan en paralelo los capacitores el desconocido y el patrón
como se encuentra en la figura y medir la lectura del voltímetro
a b
8vdc + Cx Cp
V
Luego se conectan los capacitores en serie como se encuentra en la
figura Se determinar la lectura del voltímetro y luego anotarla en el
informe de esta práctica.
a b
Cx
8vdc +
Cp V
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RESULTADO
Datos:
Vx= 0.9 ± 0.01 v
Vp= 2.1 ± 0.01 v
Cp= 1 ± 0.01 µ f
Cx (teorico) = 0.5µ f
Vep = 3.1 ± 0.01 v
Calculo de la capacitancia desconocida
–
Cx = %=
–
Cx = %=
Cx = 0.43 % = 14
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Calculo de la capacitancia equivalente paralelo
–
Cep = %=
–
Cep = %=
Cep = 1.48 uf % = 1.33
Cepteórico = 1 uf + 0.5 uf = 1.5 uf
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Calculo de la capacitancia serie
–
Ces = %=
–
Ces = %=
Ces = 0.309 uf % = 6.36
Ces (teorico) = = = 0.33 uf
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Determinar la energía almacenada en cada configuración en paralelo
y serie.
Ees = Ces Ves2
Ees = (0.309x10-6)( 0.65)2
Ees = x 10-8
J
Eep = Cep Vep2
Ees = (1.48x10-6)( 3.1)2
Ees = x 10-6
J
J
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DISCUSIÓN
a) ¿Por quees valida la relación Vx/ Vq?.
Porque la lectura del voltímetro nos representa la diferencia
de potencial en el capacitor, la cual es proporcional a la carga
almacenada en el capacitor.
b) ¿Cuáles son las diferencias entre una combinación serie y
una paralelo?
La combinación de serie y paralelas de un capacitor es que en
el serie van a sumarse al inverso cada uno pero en cambio las
paralelas se suman.
c) ¿En cual configuración es mayor la energía almacenada ?.
La energía mayor es en la combinación de paralelo ya que la
capacitancia equivalente en paralelo y el voltaje es mayor.
CONCLUSIONES
Los capacitores en series al almacenar muy poca
cantidad de energía potencial electroestática no son
usados en aplicaciones de almacenamiento de la misma.
la cantidad de energía guardada en el capacitor solo dura
una fracción de segundo pues el voltímetro salta y
después vuelve a su posición original.
REFERENCIA
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- Microsoft ® Encarta ® 2009.
- Física Universitaria de Sears Zemansky 12va edición
- Guía de laboratorio de física C revisión III, Espol ICF
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