Abril 14, 2009 Laboratorio de Física Electricidad

CONDENSADORES EN SERIE Y EN PARALELO

Julián Ávila Pinilla Cindy Méndez GarcíaEmail: julianp@uninorte.edu.co Email: cmmendez@uninorte.edu.co Ingeniería Mecánica Ingeniería Mecánica

Steven Lavalle García David Bolivar De OroEmail: lavalles@uninorte.edu.co Email: ddeoro@uninorte.edu.co Ingeniería Mecánica Ingeniería Mecánica

ABSTRACT

In this experiment, through the analysis of two situations (serial and parallel), we sought to determine the relationships between charges and voltages for two capacitors connected in series or in parallel.

RESUMEN

En este experimento, a través del análisis de dos situaciones (serie y paralelo), buscamos determinar las relaciones existentes entre las cargas y los voltajes, para dos capacitores conectados tanto en serie como en paralelo.

INTRODUCCION Y OBJETIVOS

Un circuito eléctrico es un conjunto de dispositivos (resistencias, condensadores, fuentes…) conectados entre sí, donde los dispositivos pueden estar conectados en serie o en paralelo. En los circuitos en serie los dispositivos están conectados secuencialmente, mientras que en los circuitos en paralelo los terminales de entrada y de salida de los dispositivos coinciden. Mediante esta experiencia analizaremos las relaciones entre las cargas y los voltajes de dos capacitores (dispositivo que almacena energía eléctrica) conectados en las dos formas.

MARCO TEÓRICO

Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico. Cuando dos o más condensadores están conectados uno después del otro, los condensadores están en serie, y estos pueden ser reemplazados por un único condensador, en el cual su valor se obtiene de la fórmula: 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3…, además en serie las cargas son iguales, y el voltaje total se obtienen de: VT = V1+V2+V3… Cuando los terminales de los condensadores están conectados de cada lado a un mismo punto se dice que los condensadores están en paralelo, y se pueden reemplazar por un solo condensador, su valor se hallaría por medio de la fórmula: CT = C1 + C2 + C3…., los voltajes son iguales y la carga total se obtiene de: QT = Q1 + Q2 + Q3…

Departamento de Matemáticas y Física©Ciencias BásicasUniversidad del Norte-Colombia

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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.

1. Conecte los terminales del electrómetro en paralelo al condensador C1 .

2. Encienda la fuente electrostática de voltaje y conecte los cables para trabajar con 30 V.

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

4. 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

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

6. Configure el circuito que se muestra en la Figura 4.1. en paralelo.

7. 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.

8. 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.

DATOS OBTENIDOS

VOLTAJE PARALELO SERIEC1= 100 µF 2,36 7,53C2=330 µF 2,35 2,39

CAPACITORES EN SERIE

-EXPERIMENTAL

Q1 = V1*C1 = (7,53V)*(100 µF) = 7,53 µC Qpromedio =770,85 µCQ2 = V2*C2 = (2,39V)*(330 µF) = 7,88 µC

-TEÓRICO

1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 = 1/100 µF + 1/330 µF = 430/33000 µF

Ceq = 33000/430 µF

Q = Ceq*Vteórico = (76,75 µF)*(10V) = 767,44 µC

%Error = Qpromedio – Qteórico * 100 = 770,85 – 767,44 * 100 = 0,4 % Qteórico 767,44

CAPACITORES EN PARALELO

-EXPERIMENTAL

Q1 = V1*C1 = (2,36V)*(100 µF) = 236 µC Qtotal = 1011,5 µC Q2 = V2*C2 = (2,35V)*(330 µF) = 775,5 µC

-TEÓRICO

Ceq = C1 + C2 = 430 µC

Qteórico = Ceq*Vteórico = (430µF)*(2,35V) = 1010,5µC

%Error = QTotal – Qteórico * 100 = 1011,5 – 1010,5 * 100 = 0,1 % Qteórico 1010,5

CONCLUSIONES

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?

La relación que guardan las cargas en los capacitores en serie es que son muy parecidas a la carga total. En cuanto al voltaje, la suma de los voltajes medida en la pata de los capacitores debe ser igual el voltaje suministrado por la fuente.

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?

La suma de las cargas de los dos capacitores debe ser la carga inicial en C1.

PREGUNTAS PROBLEMATOLOGICOS

1. Para las dos configuraciones serie y paralelo de los capacitores. ¿Se cumple el principio de conservación de la carga? Explique su respuesta.

Podríamos decir que sí porque las diferencias entre las cargas iniciales y las cargas obtenidas en la experiencia son muy parecidas, el error porcentual es muy pequeño esto debido a que los sistemas no están aislados.

2. Para la configuración de capacitores en paralelo ¿A qué factores se debe la diferencia entre la suma de las cargas finales y la carga total inicial?

A que hay un mínimo de pérdida de cargas gracias al ambiente, sabemos que los fundamentos teóricos dicen todo lo contrario pero cuando el sistema se encuentra aislado.

3. El electrómetro posee una capacitancia interna de aproximadamente 27 pF. ¿Tiene alguna incidencia este valor en las mediciones realizadas? Explique su respuesta.

No, porque comparado con la capacitancia de los otros dispositivos esta es mucho más pequeña, por ende no afecta en la medición, además las cargas son mucho más grandes.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

R.A. Serway, “Física” Tomo II. 4º Edición. Ed. MC Graw-Hill (1997)