Lab. Capacitancia

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ABSTRACT In this experiment we analyze how the behavior of pair capacitors installed on a circuit in series and in parallel is so we were able to assess the relationship between capacitance, charge and voltage; furthermore, the data obtained using a multimeter would be used as bases for the development of this experience. . RESUMEN En esta experiencia analizamos cómo se comporta un par de condensadores instalados en un circuito en serie y en paralelo, en ello, pudimos apreciar la relación que hay entre capacitancia, carga y voltaje; además mediante un multimetro obtuvimos datos que serán bases para el desarrollo de esta experiencia. 1 INTRODUCCIO´ N Y OBJETIVOS A continuación, presentaremos los resultados adquiridos tras realizar algunas pruebas concernientes con el tema de los capacitores en serie y en paralelo, podremos identificar como se comportan estos dependiendo del sistema en que se encuentren, como varia la diferencia de potencial en un par de capacitores de diferente capacitancia. Además utilizando una fuente de voltaje que le suministra carga al circuito, utilizando un multimetro (tanto en serie como en paralelo), podemos apreciar como se comportan los capacitores en diferentes configuraciones REFERENC AS

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OBJETIVO GENERAL

Analizar las características de conectar condensadores en serie y en paralelo. OBJETIVOS ESPECIFICOS -

Determinar las características de la carga y el voltaje para dos capacitores conectados en serie. Determinar las características de la carga y el voltaje para dos capacitores conectados en paralelo. HIPOTESIS

¿Cómo será el voltaje que experimenta cada capacitor configurados en un circuito en serie? ¿Cómo será el voltaje que experimenta cada capacitor configurados en un circuito en paralelo? ¿Qué relación existe entre esos dos tipos de configuraciones?

2 MARCO TEO RICO En condensador es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado dieléctrico. Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente.

El condensador o capacitor almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar El símbolo del capacitor es el que se muestra al lado derecho: La capacidad depende de las características físicas del condensador: - Si el área de las placas que están frente a frente es grande la capacidad aumenta REFERENC AS

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- Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad - El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas también afecta la capacidad - Si se aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada. Capacitores en serie. Capacitores conectados uno después del otro, están conectados en serie. Estos capacitores se pueden reemplazar por un único capacitor que tendrá un valor que será el equivalente de los que están conectados en serie. Observar el primer gráfico:

Para obtener el valor de este único capacitor equivalente se utiliza la fórmula: 1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4 Pero fácilmente se puede hacer un cálculo para cualquier número de capacitores que se conecten en serie con ayuda de la siguiente fórmula: 1/CT = 1/C1 + 1/C2 +.........+ 1/CN donde: N es el número de capacitores que están conectados en serie. En el gráfico hay 4 capacitores en serie. Esta operación se hace de manera similar al proceso de sacar el resistor equivalente de un grupo de resistores en paralelo Capacitores en paralelo. Del gráfico se puede ver si se conectan 4 capacitores en paralelo (los terminales de cada lado de los elementos están conectadas a un mismo punto). Para encontrar el capacitores equivalente se utiliza la fórmula: CT = C1 + C2 + C3 + C4 REFERENC AS

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Fácilmente se puede hacer un cálculo para cualquier número de capacitores con ayuda de la siguiente fórmula: CT = C1 + C2 +.........+ CN Donde N es el número de capacitores. Como se ve, para obtener el capacitor equivalente de capacitores en paralelo, sólo basta con sumarlos. Esta operación se hace de manera similar al proceso de sacar el resistor equivalente de un grupo de resistores en serie

3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 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 100µ y 330µ, la fuente electrostática de voltaje, cables y un interruptor de doble posición. 1. 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.

2. 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 Figuraa 4.1.

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3. Toma de datos. Condensadores en serie. 1. Monte el circuito que se indica en la Figura 4.1. 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 30 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. Anote los resultados en la sección “tablas resultados y gráficas” del informe de laboratorio (sección 2). Calcule la carga en cada capacitor.

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 4.1. 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. Anote los resultados en la sección “tablas resultados y gráficas” del informe de laboratorio. REFERENC AS

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4. DATOS

OBTENIDOS

Circuito en serie. 1. Ambos condensadores conectados: Capacitor 1 Capacitor 2

Capacitan cia

Voltaje

300μF

2,368 v

100μF

7,58 v

2. Independientemente conectados: Capacitor 1 Capacitor 2

Capacitan cia

Voltaje

300μF

9,97 v

100μF

9,97 v

Capacitan cia

Voltaje

300μF

9,96 v

100μF

1,2 mv

Capacitan cia

Voltaje

300μF

7,66 v

100μF

7,67 v

Capacitan cia

Voltaje

300μF

2,39 mv

Circuito en paralelo. 1. Interruptor en A: Capacitor 1 Capacitor 2

2. Interruptor en B: Capacitor 1 Capacitor 2

3. Interruptor en C: Capacitor 1

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Capacitor 2

100μF

1,75 mv

5 ANA´ LISIS Y DISCUSIO´ N DE RESULTADOS Pregunta 1: Para los capacitores conectados en serie: ¿Qué relación existe entre las cargas de los capacitores? ¿Qué relación hay entre los voltajes entre los terminales de los capacitores y el voltaje total aplicado? Rta: // Podemos afirmar que como el voltaje que produce la fuente es igual a la suma algebraica de los voltajes encontrados en ambos capacitores, entonces esto nos indica que la carga esta distribuida equitativamente en todo el sistema debido a que según los datos que obtuvimos y según la fórmula: C = Q/V (Ya demostrada en clases).

Capacitor 1 Capacitor 2

Capacitan cia

Voltaje

Carga

300μF

2,368 v

710 C

100μF

7,58 v

758 C

Aunque los valores de las cargas matemáticamente no sean iguales, si son muy aproximados, además hay que tener en cuenta que las mediciones en el laboratorio no son exactas. 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? RTA: //

Capacitor 1 Capacitor 2

Capacitan cia

Voltaje

Carga

300μF

7,66 v

2298 C

100μF

7,67 v

767 C

Como podemos apreciar en los datos obtenidos durante esta experiencia, en un circuito en paralelo, la carga en un REFERENC capacitor AS es directamente proporcional a la

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capacitancia, es decir, que mientras mayor sea la capacitancia, mayor carga almacenara. Esto sucede cuando el interruptor esta en B debido a que el voltaje se distribuye en los capacitores. Para los circuitos en paralelo tenemos que: Ceq = C1 + C2 Según esto la capacitancia equivalente del circuito es igual a 400 μF, entonces la carga total debe ser igual al producto (400 μF x 7,68 v), (Ceq Vtot) esto nos da 3068 C, y esto efectivamente es igual a la suma algebraica obtenida en el laboratorio. 6 CONCLUSIONES -

Aprendimos a montar circuitos en paralelo y en serie, y las características que lleva cada uno de estos montajes. Aprendimos a notar las características que diferencian los circuitos en serie y en paralelo.

7 REFERENCIAS BIBLIOGRA´ FICAS -

Encarta 2009 www.wikipedia.com Física Electricidad – Ediciones Uninorte para estudiantes de ingeniería – Darío Castro Castro http://www.unicrom.com/Tut_condensadores_serie_y_paralelo.asp

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