Informe 4

__________________________________________ Marzo 31, 2009

Departamento de matemáticas y física

Código:

Ciencias Básicas

Laboratorio de física electricidad

Universidad del Norte – Colombia __________________________________________

CONDENSADORES EN SERIE Y PARALELO

Angel A. Brugés

Miguel A. Castro

[email protected]

[email protected]

Ingeniería mecánica

Ingeniería mecánica

Eder Y. Pacochá [email protected] Ingeniería mecánica

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RESUMEN

Mediante el siguiente informe trataremos de entender y comprender el funcionamiento de circuitos eléctricos con el uso de capacitores, ya sea en serie o paralelo. Analizando todas las características que estos circuitos incluyen, algunas de estas características

son: la relación entre carga y voltaje para capacitores en serie y paralelo. Estos objetivos los llevaremos a cabo en el laboratorio con el uso del software DataStudio y un montaje adecuado que se expondrá con precisión en el transcurso del informe. Intentaremos probar que en el circuito con el que se trabajo cumplía con lo visto en el curso teórico, ratificando y poniendo en práctica los conocimientos adquiridos.

ABSTRACT

By means of the following report we will try to understand and understand the functioning of electrical circuits with the use of condenser, already be seriously or parallel. Analyzing all the characteristics that these circuits include, some of these characteristics are: the relation between load and voltage for condenser in series and parallel. We will carry out these aims in the laboratory with the use of the software DataStudio and a suitable assembly that will be exposed accurately in the course of the report. We will try to prove that in the circuit with which I work it was expiring with the seen in the theoretical course, ratifying and putting into practice the acquired knowledge.

INTRODUCCION

En la material de física electricidad se nos ha propuesto el análisis y el calculo del voltaje y la carga conociendo únicamente la capacitancia de los condensadores de un circuito que se podía acomodar en serie y en paralelos.

El uso de circuitos en serie y paralelo tienes distintas aplicaciones y modos de uso a la hora de ser necesaria su aplicación, estos se pueden usar de igual manera en cualquier momento, para una determinada función es necesario el uso de uno de ellos en especial para que a la larga sea más conveniente el funcionamiento. Es el caso de las instalaciones de iluminación domesticas donde es más conveniente el uso de circuitos en paralelos, debido a que si por alguna razón se ve afectado uno de los focos, este no afectara el funcionamiento de todo el sistema.

A partir de la representación de un circuito en el laboratorio conectado a una fuente que proporciona tensión y que contiene dos capacitores, se vera el comportamiento que tiene el potencial en la configuración en serie y en paralelo para hacerse una idea mas clara y

tener mas propiedad a la hora de hablar de cómo se de aplicar adecuadamente estas configuraciones en distintas situaciones en que se nos presentas.

OBJETIVOS

GENERAL:

Analizar las características de conectar condensadores en serie y en paralelo.

ESPECÍFICOS:

Determinar la relación entre las cargas y la relación entre los voltajes para dos capacitores conectados en serie. Determinar la relación entre las cargas y la relación entre los voltajes para dos capacitores conectados en paralelo.

MARCO TEORICO

Circuitos eléctricos Se denomina circuito eléctrico a una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, fuentes,

y/o dispositivos electrónicos semiconductores, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas.

Capacitor 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).

Capacitancia Se define como la razón entre la magnitud de la carga de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos. La capacitancia siempre es una cantidad positiva y puesto que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga almacenada se incrementa, la proporción Q / V es constante para un capacitor dado. En consecuencia la capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad para almacenar carga y energía potencial eléctrica. Carga eléctrica Es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética.

Potencial El potencial eléctrico en un punto es el Trabajo requerido para mover una carga unitaria (trabajo por unidad de carga) desde ese punto hasta el infinito, donde el potencial es 0. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde el infinito hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica, dividido por esa carga. Matemáticamente se expresa por V=WQ

Partes de un circuito

Figura 1: circuito ejemplo. Para analizar un circuito deben de conocerse los nombres de los elementos que lo forman. A continuación se indican los nombres más comunes, tomando como ejemplo el circuito mostrado en la figura 1.  Conector: hilo conductor de resistencia despreciable (idealmente cero) que une eléctricamente dos o más elementos.  Generador o fuente: elemento que produce electricidad. En el circuito de la figura 1 hay tres fuentes, una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2.  Nodo: punto de un circuito donde concurren varios conductores distintos. En la figura 1 se pueden ver cuatro nudos: A, B, D y E. Obsérvese que C no se ha tenido en cuenta ya que es el mismo nudo A al no existir entre ellos diferencia de potencial (VA - VC = 0).  Rama: conjunto de todos los elementos de un circuito comprendidos entre dos nodos consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, AB por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal solo puede circular una corriente.

PROCEDIMIENTO.

En esta experiencia, se examina el efecto de conectar condensadores en serie y en paralelo. Para ello se utilizará el circuito RLC, CI 6512, el electrómetro, condensadores con capacitancia de 100 y 330µ, la fuente electrostática de voltaje, cables y un interruptor de doble posición. Configuración del ordenador 1.

Conecte el interfaz ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el computador

2.

Conecte el electrómetro y la fuente electrostática a un voltaje de 30V.

Calibración del sensor y montaje del equipo Realice un montaje sobre el circuito RLC, CI 6512 tal como se indica en el diagrama de la Figura 2.

Toma de datos 1. Condensadores en serie. 1. Monte el circuito que se indica en la Figura 2. en serie. 2. Asegúrese que los condensadores estén descargados y para ello use un alambre para  ponerlos en corto momentáneamente. 2.

Conecte los terminales del electrómetro en paralelo al  condensador C1.

3.

Encienda  la fuente electrostática de voltaje y  conecte los cables para trabajar con  10 V.

4.

Coloque el interruptor en la posición A para cargar el capacitor C1. Calcule la  carga obtenida por el capacitor.

5.

Mueva el interruptor a la posición B. De esta manera los capacitores quedan en  serie. Mida con el electrómetro los voltajes en los terminales de los capacitores C1  y C2. 

Condensadores en paralelo 6.

Asegúrese   que   los   condensadores   están   descargados   antes   de   conectarlos   al  circuito.

7.

Configure el circuito que se muestra en la Figura 2. en paralelo.

8.

Suministre   un   voltaje   de   10VDC.   Coloque   el   interruptor   en   A   para   cargar   el  condensador C1. Calcule la carga total en el capacitor. Anote los resultados en la  sección “tablas resultados y gráficas” del informe de laboratorio.

9.

Pase el interruptor a la posición B  y mida con el electrómetro el voltaje en cada  uno de los condensadores. Determine la carga en cada capacitor.

DATOS OBTENIDOS

Capacidad de los condensadores (teórica): Condensador 1: 330µf Condensador 2: 100µf Diferencia de potencial: 10V Cargas experimentales C1: 2.35V C2: 7.54V 6. Análisis de los datos Con los datos obtenidos en el laboratorio comprendimos las relaciones existentes en las conexiones en serie y paralelo, comprobamos que la carga en cada uno de los circuitos es la misma y que para el caso de serie los capacitores experimentaban diferencial de potencial diferente y obtuvimos datos prácticos con los cuales se realizaron una serie de cálculos con los que pudimos comprobar lo aprendido teóricamente, además comprendimos mejor el funcionamiento de los circuitos eléctricos y su aplicación practica. De esta experiencia obtuvimos: Para el circuito en serie: Obtuvimos los siguientes datos: para los capacitores en serie encontramos que para el capacitor de 330 µf tenia un voltaje de 2.35V y para el capacitor 2 o de 100 µf tenia un voltaje de 7.54V y con esto nos damos cuenta que la suma o la adición de los dos

voltajes nos da como resultado aproximado la cantidad teórica de voltaje que recibe el circuito que es 10V, mientras realizábamos esta experiencia nos encontramos con algunas inquietudes como fue una expuesta por el profesor que era ¿Por qué la medición de los voltajes debía ser tomada rápidamente y no dejar por un tiempo prolongado los terminales del tester? Por medio del análisis realizado en la realización del informe llegamos a la conclusión de que esto se debido a que mientras se mantenía los terminales conectados el capacitor se cargaba y cumplía su función de almacenar la carga y por la formula de la capacitancia que es la siguiente: c=Q∆V como la carga del capacitor aumentaba y la capacitancia permanecía constante entonces el voltaje necesariamente debía disminuir, por esta razón si demorábamos mucho tiempo con los terminales del tester la medición no será exacta. Para el circuito paralelo: Para este caso trabajamos dos casos ya que el montaje de este tipo de circuitos requería la utilización de un suiche conmutable que nos permitía abrir el circuito y así lograr que solo interactuara un capacitor y luego poder activar el otro capacitor. En este caso tuvimos los siguientes datos que fueron: Para el caso 1 tenemos: Para A: 9,89 V, Para B: 0,015V Para el caso 2 tenemos: Para A: 7,59 V, Para B: 7,49 V Con estos datos comprobamos prácticamente que se cumple la relación explicada es valida y que se cumple en todos los casos de este circuito. En el caso uno nos damos cuenta que como la corriente solo esta circulando por el lado a del circuito entonces toda la diferencia de potencial total del circuito se transmite solo por el capacitor A ya que este es que esta en contacto con el circuito mientras que la diferencia de potencial en B es casi cero ya que teóricamente debe ser cero pero en la practica nos damos cuenta que el capacitor siempre tiene una pequeña carga en su interior y por esta razón no es cero totalmente, en este caso si el capacitor B se hubiese descargado en ese momento el calculo fuera sido mas perfecto y sin menos margen de error. Pregunta 1:  Para los capacitores conectados en serie: ¿Qué relación existe entre las  cargas de los capacitores cuando el suiche se encuentra en la posición B? ¿Qué relación  hay entre los voltajes entre los terminales de los capacitores y el voltaje total aplicado? Cuando el suiche esta en b el circuito se encuentra en serie, el voltaje en cada capacitor  es distinto dependiendo de la capacitancia que tengan y la carga  es igual en ambos  condensadores, esto se pudo comprobar gracias a los cálculos hechos en la experiencia.  La relación que se puedo apreciar fue que, la suma de los voltajes en cada capacitor nos  daba el voltaje total aplicado en todo el circuito.    

Pregunta 2: Para los capacitores conectados en paralelo: ¿Qué relación existe entre las  cargas de los capacitores cuando el suiche se encuentra en la posición B? ¿Qué relación  hay entre la suma de las cargas en los capacitores y la carga inicial en C1? Cuando el suiche se encontraba en la posición b, el circuito estaba en serie con los datos obtenidos y análisis hecho se aprecio que el voltaje en cada uno de los capacitores era aproximadamente el mismo con capacitancias distintas, por lo tanto necesariamente las cargas en cada uno de los condensadores para cumplir la relación entre capacitancia, voltaje y carga, esta debe ser distinta en cada uno. Según los datos obtenidos la suma de las cargas en los capacitores cuando el suiche esta en b, son mayores que la carga en C1 con el arreglos distinto.

CONCLUSIONES

Con los métodos desarrollados acerca de arreglos de circuitos pudimos apreciar el comportamiento de la corriente que viaja a través de todo el circuito y de la relación que tiene la capacitancia, la carga y el voltaje en cada uno de los condensadores involucrados en el arreglo, los cuales nos sirven de gran ayuda para aplicar de manera correcta cada uno de ellos en el momento de realizar un uso practico que nos ayude en nuestra vida cotidiana.

A partir de los circuitos manejados (en serie y paralelo), se vio el comportamiento distinto que presenta cada uno, así como la forma que debe estar acomodado para que se cumpla cada arreglo. En cada uno de esos arreglos se veía el cambio del voltaje o de la carga con una capacitancia fija y conociendo esto poder aprovechar al máximo las ventajas que presentan usar cada uno de esos arreglos para aplicarlos en alguna necesidad cotidiana.

Gracias a este experiencia pudimos comprende de mejor manera lo aprendido teóricamente en clase y trascender a la practica todo lo que implica cada termino, su significado y utilidad que antes no se veía del todo claro, debido a la abstracción de algunos conceptos. Además pudimos poner en práctica los conceptos aprendidos en el curso y darnos cuenta de la gran utilidad que tiene los circuitos eléctricos.

BIBLIOGRAFIA

[1] Castro Castro Darío, Olivo Burgos Antalcides, Física Electricidad para estudiantes de ingeniería, ediciones uninorte. [2] http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-forma-cargar-cuerpo.htm