Laboratorio de Electricidad y Magnetismo

Prctica de Laboratorio N2

Capacitores

INFORME

Integrantes:

Guizado Daz Joel

Chamorro Espinoza Jean

Huertas Snchez Jos

Quijada Barja Frank

Grupo: 1

Profesor: Rafael Vera

Semana 4

Fecha de entrega: 24 de abril

2014-1

Introduccin

El presente informe de laboratorio N2 Electricidad y Magnetismo se presenta las

experiencias desarrolladas en la sesin cuales fueron: medir la capacitancia de los

capacitores, as mismo tambin calcular la capacitancia en conexiones como series y

paralelos y realizar una comparacin con el valor terico, sin antes tener conocimiento

previo como Que son los capacitores?

Los capacitores son los que pueden conducir corriente continua durante slo un instante

(por lo cual podemos decir que los capacitores, para las seales continuas, es como un

cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna.

Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy tiles cuando se debe impedir que la

corriente continua entre a determinada parte de un circuito elctrico, pero si queremos que

pase la alterna.

En este informe primero encontrara un prembulo donde estar el contenido que posee este

trabajo, luego el cuerpo del informe donde se halla el procedimiento, resultados y anlisis

de estos. Por ltimo se encuentra un cierre del trabajo en el cual se halla principalmente las

conclusiones obtenidas, la bibliografa y referencias. Con la finalidad de poder calcular y

comprender mediante el anlisis y la comparacin de los valores obtenidos

experimentalmente y terico de la capacitancia.

Para hacer posible cada uno de los experimentos en la sesin del laboratorio se utilizaron

herramientas como un capacitor 3300uF, resistencia de 10 .25, una fuente de energa,

multmetro protoboard y cables de conexin , Hoy en la actualidad la aplicaciones de los

capacitores se ah desarrollado como en el caso de los filtros de alimentadores de corriente

se usan para almacenar la carga y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de

corriente en la salida rectificada , asi mimos tambin en los filtros en circuitos de radpio y

tv .

Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la

geometra del capacitor considerado (de placas paralelas, cilndrico, esfrico). Otro factor

del que depende es del dielctrico que se introduzca entre las dos superficies del

condensador. Cuanto mayor sea la constante dielctrica del material no conductor

introducido, mayor es la capacidad

Fundamento terico

Capacitor

Un capacitor o condensador es un dispositivo que se utiliza en diversos circuitos elctricos

como por ejemplo para eliminar la chispa en el encendido de un auto, sintonizar frecuencia

de radiorreceptores, o para guardar energa a corto plazo. Un capacitor se compone de dos

placas metlicas paralelas separadas una distancia d cuando se ubican en los circuitos se

conectan a los polos de una batera y una vez cerrado el circuito estas adquieren una carga

igual pero de signo contrario +Q y Q, la diferencia de carga se interrumpe cuando la

diferencia de potencial entre las dos cargas es igual a la diferencia de potencial de la

batera. As un capacitor no ser sino solo un almacenador de carga y energa que puede

recuperarse cuando se ve la necesidad en alguna aplicacin

Un Faraday es una unidad enorme de capacitancia, ni combinando toda la capacitancia de

la tierra se obtendra esta cantidad de energa, por esto los capacitores son del orden de los

microfaradios

Un capacitor cargado almacena una cantidad de energa potencial electrosttica igual a:

esta energa puede imaginarse como la almacenada en el campo elctrico entre las placas.

Capacitores en Serie

La capacidad (C) est definida como el ndice de la carga elctrica (Q) en relacin a la

tensin (V):

C = Q

V

Si dos capacitores, C1 y C2, estn conectados en serie, la capacidad efectiva Cs de la

combinacin en serie ser deducida de la siguiente manera: Si Vs es la tensin en los

capacitores conectados en serie, segn la ley de tensin de Kirchhoff

1 uF = 1 * 10 -6

F

Capacitor en Paralelo

Como vemos en la siguiente figura, entonces podemos deducir, si un nmero de

capacidades C1 a Cn estn conectadas en paralelo, como lo muestra la Fig.1, la capacidad

efectiva Cp de la combinacin en paralelo se puede deducir de la siguiente manera:

Si la corriente elctrica i circula en la combinacin, segn la ley de Corriente de Kirchhoff:

i = i1 + i2 + i3 +. . . . . . . . In. En un perodo corto de tiempo it = i1t + i2t + i3t +. . . . . ... int.

Por lo tanto la carga elctrica que circula en la capacidad combinada es igual a la suma de

las cargas de las capacidades individuales en un intervalo de tiempo t.

Proceso Experimental y Resultados

1.1. RECONOCIMIENTO DE LA FUENTE DE ENERGA

1. Encontrar la fuente de energa y asegurarse de que no alimente al aparato.

2. Cuadro que relaciona las partes de la fuente de energa con las letras asignadas.

Interruptor de ALIMENTACIN del circuito de tres polos. d

F

Tres lmparas que indican la operacin de cada una de las fases. J

J

Voltmetro CA /CC. H

H

Selector del voltmetro I

I

Perilla de control de tensin. G

G

Cable de alimentacin de 380 V CA fijos (en la parte posterior). K

K

Terminales de salida de 220 / 380 V fijos. Identificados como 1, 2, 3 y N. B

B

Terminales de salida de 0-220/380 V variable. Identificados como 4, 5 , 6 y N. C

C

Terminales de salida de CC fija (8 y N). D

D

Terminales de salida de CC variable (7 y N). E

E

Pulsador comn de REINICAR. A

A

Cuadro 1 Reconocimiento de la fuente.

1.2. CARGA DE UN CAPACITOR

A continuacin realice las conexiones del siguiente circuito con una tensin V1 = 50 V, y mida los valores de V2.

C1

A

V1 V2V(t)=0-50 V 3300uF 50V

R

Fig. 2Circuito de prueba para la carga y descarga de un capacitor.

Fig. 3 Circuito real. En el transcurso de 150 segundos medir los valores de tensin V2 por cada 10 segundos. Hallar la tensin calculada y el error relativo.

Carga:

Calculo del error relativo.

Error relativo % =

Vn = Valor nominal (placa) Vr = Valor real (medido)

Pto. Tiempo (s)

Tensin V2 Medida (V)

Tensin V2 Calculada (V)

Error relativo (%)

1 0 0 0 0

2 10 13.12 12.79 2.52

3 20 21.52 22.32 3.72

4 30 26.15 29.40 12.4

5 40 30.96 34.68 12.02

6 50 33.55 38.60 15.05

7 60 36.26 41.52 14.5

8 70 38.27 43.69 14.2

9 80 39.23 45.30 15.5

10 90 39.76 46.51 16.9

11 100 40.46 47.40 17.2

12 110 40.96 48.07 17.4

13 120 41.43 48.56 17.2

14 130 41.79 48.93 17.1

15 140 42.20 49.20 16.6

16 150 42.48 49.41 16.3

1.1. DESCARGA DE UN CAPACITOR Modifique las conexiones al circuito anterior tal como se muestra en la siguiente figura y complete el cuadro para V2. Inicialmente mantener cargado el capacitor.

A

V23300uF 50V

R

Fig. 3 Circuito de prueba para la descarga de un capacitor.

A continuacin, se har el proceso en reversa, se medir el proceso de descarga del capacitor en 150 segundos, se tomara cada 10 segundos la medida en el voltmetro.

Voltmetro en la descarga.

Despus de medir, se halla el Voltaje V2 calculado, para luego utilizarlo en el clculo de error relativo.

Descarga:

Calculo del error relativo.

Error relativo % =

Vn = Valor nominal (placa) Vr = Valor real (medido)

Pto. Tiempo (s)

Tensin V2 Medido (V)

Tensin V2 Calculada (V)

Error relativo (%)

1 0 40.67 50 22.9

2 10 29.42 37,20 26.4

3 20 22.22 27,68 24.6

4 30 16.52 20,60 24.7

5 40 12.56 15,32 21.97

6 50 9.31 11,40 22.4

7 60 7.40 8,48 14.6

8 70 5.75 6,31 9.7

9 80 4.637 4,69 1.14

10 90 3.741 3,49 6.71

11 100 3.065 2,60 15.2

12 110 2.516 1,93 23.3

13 120 2.102 1,44 31.5

14 130 1.701 1,07 37.1

15 140 1.489 0,80 46.3

16 150 1.265 0,59 53.26

1.3. DETERMINACIN DE LA CAPACITANCIA EN UN CAPACITOR

uFCnn = 1, 2, 3

Fig. 4 Medicin de la Capacitancia de un Capacitor con el Capacmetro.

Se conectan los conectores del voltmetro en el lado positivo y negativo de los capacitores elegidos:

C1: 0.72 uF

C2: 1.45 uf

C3: 2.89 uF

Capacitor C1 (uF) C2 (uF) C3 (uF)

Valor Nominal (Placa) 0,72 1,45 2,89

Valor Medido 0.749 1.48 2.93

Error relativo % 4.02% 2.06% 1.38%

Determinar la constante:

33,825

1.2. CONEXIONES DE CAPACITORES

Ahora se medir la capacitancia en una conexin serie, paralela y mixta

A.- CONEXIONES EN SERIE Conecte en serie tres capacitores tal como se muestra en la siguiente figura y determine su capacitancia equivalente. Considere:C1 = 0,72 uF, C2 = 1,5 uF, C3 = 2,89 uF

uF

C1

C2

C3

Fig. 5 Medicin de la capacitancia de capacitores en conexin serie.

Conexin en serie.

Valor Ceq (uF)

Nominal 0.41

Medido 0.422

Error relativo % 2.31%

B.- CONEXIONES EN PARALELO Ahora, conecte en paralelo, guindose del esquema de la figura siguiente.

C1 = 0,72 uF,

C2 = 1,5 uF,

C3 = 2,89 uF

uFC1 C2 C3

Fig. 6 Medicin de la capacitancia de capacitores en conexin paralelo.

Valor Ceq (uF)

Nominal 5.06

Medido 5.16

Error Absoluto % 1.97%

CONEXIONES MIXTAS C.- CONEXIONES MIXTAS Conecte capacitores tal como se muestra en la siguiente figura y determine su capacitancia equivalente. Considere:C1 = C4 = 0,72 uF, C2 = 1,5 uF, C3 = 2,89 uF

uF

C1

C2 C3

C4

Fig. 7 Medicin de la capacitancia de capacitores en conexin mixta.

Valor Ceq (uF)

Nominal 0.333

Medido 0.343

Error Absoluto % 2.27%

VARIACIN DE LA CAPACITANCIA

Distancia (mm) Capacitancia Medida (pF)

Capacitancia Calculada (pF)

Error relativo (%)

3 mm 75 pf 33 pf 56

5 mm 56 pf 20 pf 64.3

8 mm 45 pf 13 pf 71.1

12 mm 37 pf 8 pf 78.4

15 mm 34 pf 7 pf 79

20 mm 31pf 5 pf 83

30 mm 28 pf 3 pf 89

40 mm 27 pf 2.5 pf 90.7

50 mm 26pf 2 pf 92

60mm 25 pf 1.7 pf 93

100 mm 24 pf 1 pf 95.8

Seguidamente calcule con la formula la capacitancia para cada tramo y grafique la curva correspondiente.

Cuestionario

Explique 4 aplicaciones del campo elctrico?

Como fuentes, ya que estos almacenan energa en forma de campo elctrico.

Los microondas tambin poseen un campo elctrico que al ponerlo en accin hace que se activen y calienten las molculas de agua y similares para que solo estas se evaporen.

Las gotas de tinta de tu impresora componen las letras gracias a la aplicacin de un campo elctrico que le manda la posicin exacta en el papel

Las seales de radiodifusin como la TV o la radio son campos elctricos radiados que viajan por el aire. Estos campos elctricos que son ondas se emplean para transmitir seales de informacin a distancia sin necesidad de cables.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100 120

GRAFICA DE VARIACIN DE LA CAPACITANCIA

Distancia (mm)

Capacitancia

Cmo resultaron los errores de las mediciones en los cuadros anteriores? De su comentarios.

Los errores porcentuales en la primera tabla son en menores al 18%, y tiene una forma ascendente lo cual determina que no sufri variaciones a la hora de la medicin

Los errores porcentuales en la tabla 2 son en menores a 54%, pero se puede observar que los errores aumenta en los extremos y disminuyen en los valores centrales.

Utilizando el mdulo de capacitores del laboratorio, Cul sera el tipo de conexin y valor seleccionado de capacitor para obtener la capacidad equivalente mxima y mnima? Justifique su respuesta.

Teniendo una misma cantidad de dispositivos capacitores, los que almacena mayor carga

son los que estn conectados en paralelo. Sin embargo, en la experiencia realizada en el

laboratorio dieron a relatar que las conexiones en serie poseen menor capacitancia. No

obstante, tambin depende del valor del capacitor, ya que si es conectado en serie y tiene

una capacitancia muy alta puede almacenar carga como una conexin en paralelo de

capacitores de menor carga.

Explique la tendencia de la curva por variacin de la capacitancia.

En la experiencia realizada observamos que a la mayor separacin de las placas se

determina una variacin decreciente de la capacitancia en paralelo, por lo tanto en la grfica

se genera una curva descendente.

Conclusiones

Se comprob que cuando se tiene capacitores en paralelo se almacena mayor energa que en una conexin en serie.

Se concluye experimentalmente con la variacin de capacitancia que la capacitancia es proporcional a la distancia que separa a los platillos del capacitor, esto queda demostrado al aumentar la distancia entre los platos y como resultado la capacitancia va disminuyendo, esto contrastado con la formula (A) podemos decir que nuestro enunciado es correcto ya que C es inversamente proporcional a la distancia.

,0

d

AC

(A)

Aplicaciones en la Ingeniera Aplicaciones de los capacitores En el caso de los filtros de alimentadores de corriente se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada.

Los capacitores juegan un papel importante en la conversin de CA a CC, removiendo el

ruido elctrico de la corriente. Los suministros de energa usan capacitores electrolticos que

varan en tamao desde pocos milmetros hasta varias pulgadas (o centmetros) de alto.

Audio

Los capacitores bloquean la corriente continua de las entradas de los amplificadores,

previniendo un repentino ruido sordo o estampido que podra daar los parlantes y tus odos.

Los capacitores usados en los filtros de audio te permiten controlar la respuesta de los bajos,

los rangos medios y el sobreagudo.

Computadoras Los circuitos digitales en las computadoras transportan pulsos electrnicos a altas velocidades. Estos pulsos en un circuito pueden interferir con las seales de un circuito lindante, por lo cual los diseadores de computadoras incluyen capacitores para minimizar la interferencia. A pesar de que son ms pequeos que los usados en los suministros de energa, realizas la misma funcin bsica: absorber el ruido elctrico que se pierde.

Flash de la cmara Los brillantes flashes de las cmaras usadas para tomar fotografas con baja luz, vienen de una lmpara de xenn. Un pulso de alto voltaje enciende la lmpara por unas pocas milsimas de segundo, el tiempo suficiente para iluminar un cuarto. Para obtener un alto voltaje a partir de la batera de la cmara, que produce slo pocos voltios, un circuito "bombea" cargas elctricas en el capacitor. El voltaje se acumula en el capacitor hasta que tiene suficiente luz como para la lmpara de xenn. Cuando la cmara hace el flash, enva la electricidad del capacitor a la lmpara. Esto vaca el capacitor, que la cmara recarga para otra imagen.

Bibliografa

Feynman, Fsica. Electromagnetismo y materia, Vol II

Alonso M., Finn E. Fisica. Addison Wesley, 1995

Sears F., Zemansky M., Y oung H. Fisica Universitaria, Addison Wesley, 1988