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LABORATORIO DE FISICA C       Msc. RICHARD PILOZO      Calculo de la capacitancia serie                                   ...
LABORATORIO DE FISICA C   Msc. RICHARD PILOZODeterminar la energía almacenada en cada configuración en paraleloy serie.   ...
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  1. 1. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZOOBJETIVOS 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 serieRESUMENEn la práctica se encontró la capacitancia de un capacitordesconocido a partir de un capacitor conocido. Al que mediantemanipulación de ecuaciones se logró obtener la capacitancia dicha yse obtuvo como resultado 0.43 uf el valor teórico era de 0.5ufdándonos de error porcentual el 14 %.Se realizó también conexiones en serie paralelo y serie de loscapacitores y aplicando la ecuación obtenida se calculó lacapacitancia equivalente paralela obteniendo como resultadoexperimental 1.48uf su valor teórico es de 1.5 uf su errorporcentual fue de 1.6 % la capacitancia equivalente en serie seobtuvo 1.48Tambiénse comprobó que en las conexiones paralela de capacitoresse almacena mayor energía potencial electrostática que en laconexión serie al comparar las energíaspág. 1 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  2. 2. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZOIntroducciónUn Capacitor o también Condensador, es un dispositivo quealmacena carga eléctrica. En su forma más sencilla, un condensadorestá formado por dos placas metálicas (armaduras) separadas poruna lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de lasplacas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signoopuesto en la otra placa. La relación entre la carga y la diferenciade potencial V entre los conectores esDos conductores separados por un aislante (o vacío) constituyen uncapacitor. En la mayoría de las aplicaciones prácticas, cadaconductor tiene inicialmente una carga neta cero, y los electronesson transferidos de un conductor al otro; a esta acción se ledenomina cargar el capacitor. Entonces, los dos conductores tienencargas de igual magnitud y signo contrario, y la carga neta en elcapacitor en su conjunto permanece igual a cero. Cuando se dice queun capacitor tiene carga Q, o que una carga Q está almacenado enel 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/voltCuanto mayor es la capacitancia C de un capacitor, mayor será lamagnitud Q de la carga en el conductor de cierta diferencia depotencial dada Vab, y, por lo tanto, mayor será la cantidad deenergía almacenada. (Hay que recordar que el potencial es energíapág. 2 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  3. 3. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZOpotencial por unidad de carga.) Así, la capacitancia es una medidade la aptitud (capacidad) de un capacitor para almacenar energía.Se verá que el valor de la capacitancia sólo depende de las formas ylos tamaños de los conductores, así como de la naturaleza delmaterial aislante que hay entre ellos.Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica quepueden almacenar, pasado el cual se perforan. Pueden conducircorriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan biencomo conductores en circuitos de corriente alterna. Esta propiedadlos convierte en dispositivos muy útiles cuando debe impedirse quela corriente continua entre a determinada parte de un circuitoeléctrico. Los condensadores de capacidad fija y capacidad variablese utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia,en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidoseléctricos se utilizan grandes condensadores para producirresonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de máspotencia.Los condensadores se fabrican en gran variedad de formas. El aire,la mica, la cerámica, el papel, el aceite y el vacío se usan comodieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al dispositivo.pág. 3 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  4. 4. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZOSi se define la energía potencial de un capacitor sin carga comoigual a cero, entoncesW en la ecuaciónes igual a la energía potencialU del capacitor con carga. La carga final almacenada es Q = CV, porlo 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 definecomo la capacitancia de un solo capacitor para el que la carga Q esla misma que para la combinación,cuando la diferencia de potenciales la misma. En otras palabras, la combinación se puede sustituirpor un capacitor equivalente de capacitancia Ceq. Para un capacitorde este tipo . Al combinar las ecuaciones se encuentra queEste análisis se puede extender a cualquier número de capacitoresconectados en serie. Se obtiene el siguiente resultado para elrecíproco de la capacitancia equivalente:Ceq= + (capacitores en serie)pág. 4 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  5. 5. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZOLa combinación en paralelo es equivalente a un solo capacitor con lamisma carga total Q = Q1 + Q2 y diferencia de potencial V que lacombinación. La capacitancia equivalente de la combinación, Ceq, esla misma que la capacitancia Q/V de este único capacitorequivalente Ceq = C1 + C2De igual forma se puede demostrar que para cualquier número decapacitores en paralelo, C= C1 + C2 + C3+………(Capacitores en paralelo )La capacitancia equivalente de una combinación en paralelo es iguala la suma de las capacitancias individuales. En una conexión enparalelo, la capacitancia equivalente siempre es mayor que cualquiercapacitancia individual.pág. 5 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  6. 6. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZO 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 Vpág. 6 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  7. 7. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZO2. Conexión paralelo y conexión serieSe conectan en paralelo los capacitores el desconocido y el patróncomo se encuentra en la figura y medir la lectura del voltímetro a b 8vdc + Cx Cp VLuego se conectan los capacitores en serie como se encuentra en lafigura Se determinar la lectura del voltímetro y luego anotarla en elinforme de esta práctica. a b Cx 8vdc + Cp Vpág. 7 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  8. 8. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZORESULTADODatos: 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 vCalculo de la capacitancia desconocida – Cx = %= – Cx = %= Cx = 0.43 % = 14pág. 8 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  9. 9. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZOCalculo de la capacitancia equivalente paralelo – Cep = %= – Cep = %= Cep = 1.48 uf % = 1.33 Cepteórico = 1 uf + 0.5 uf = 1.5 ufpág. 9 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  10. 10. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZO Calculo de la capacitancia serie – Ces = %= – Ces = %= Ces = 0.309 uf % = 6.36 Ces (teorico) = = = 0.33 ufpág. 10 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  11. 11. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZODeterminar la energía almacenada en cada configuración en paraleloy 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 Jpág. 11 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  12. 12. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZODISCUSIÓN 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.REFERENCIApág. 12 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO
  13. 13. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZO - Microsoft ® Encarta ® 2009. - Física Universitaria de Sears Zemansky 12va edición - Guía de laboratorio de física C revisión III, Espol ICFpág. 13 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO

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