Laboratorio 2

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
DOCENTES: 
LUIS ALFARO GARCÍA 
EDUARDO MARCELO HUERTAS QUIRÓS 
ALUMNOS: 
ECRIBA VAZQUES, ALEXANDER 
SANTOS RONCAL, ISRAEL JULIO 
SERNAQUÉ NUNURA, ANGEL 
ASIGNATURA: 
FISICA II 
CICLO: 
 VI 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
RESUMEN 
En el presente informe con mi grupo de laboratorio "C" , realizamos una serie de 
simulaciones con un programa llamado Phet Simulation , lo cual , el docente nos 
indicó. 
Hicimos varios experimentos en el simulador y comprobamos realizando cálculos por 
nosotros mismos y en el Excel. 
Nos hemos dado cuenta que son suficientemente eficiente y correcto para encontrar 
nuestros resultados correctos y se llegó a concluir que son similares las respuestas del 
simulador con el resultado teórico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 I. OBJETIVOS 
 
1. Realizar un análisis teórico y luego comparar con una simulación virtual los 
conceptos relacionados con campo eléctrico, potencial eléctrico, capacitancia, 
dieléctricos y mallas de capacitores. 
2. Entender el funcionamiento de los condensadores 
3. Conocer los distintos tipos de condensadores 
4. Aprender a medir su capacidad 
 
 II. FUNDAMENTO TEÓRICO 
¿QUÉ ES 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. La capacitancia 
tiene la unidad del SI coulomb por volt. La unidad de capacitancia del SI es el farad, en 
honor a Michael Faraday 
CAPACITANCIA = 1F = 1C 
 
El farad es una unidad de capacitancia muy grande. En la práctica los dispositivos 
comunes tienen capacitancia que varían de microfarads a picofarads. La capacitancia 
de un dispositivo depende entre otras cosas del arreglo geométrico de los 
conductores. 
EL CAPACITOR 
Otro de los componentes que no suelen faltar en ningún equipo electrónico es el 
capacitor también llamado condensador, en algunas de sus formas o tipos. Un 
capacitor consiste, básicamente, en dos placas metálicas separadas por un material 
aislante denominado dieléctrico, como aire, papel, cerámica, plásticos, etc. 
Normalmente, este dieléctrico se dispone en forma de una lámina muy fina para 
conseguir que las placas metálicas, denominadas armaduras, se encuentren a muy 
corta distancia. El valor de un capacitor, medido en términos de capacidad, está 
determinado por la superficie que tienen las armaduras, así como por la distancia 
entre ellas, fijada por el espesor del dieléctrico, de forma que se obtendrán mayores 
capacidades con armaduras más grandes y dieléctricos muy delgados. Al aplicar una 
tensión continua entre las dos armaduras del capacitor, no existirá ningún paso de 
corriente a través del mismo, debido a la presencia del dieléctrico, sin embargo, se 
producirá un efecto de acumulación de carga eléctrica en las armaduras de forma que 
en la que está conectada al polo negativo de la tensión, existirá una acumulación de 
electrones y en la armadura conectada al positivo se producirá una disminución de los 
mismos. 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPACIDAD 
Principio de funcionamiento de un capacitador 
Se observa la capacidad de almacenaje de cargar por el dieléctrico 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
La capacidad es, por lo tanto, la posibilidad de acumulación de carga eléctrica de un capacitor 
cuando se le aplica una tensión determinada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El material empleado en el dieléctrico es un elemento muy importante en la construcción del 
capacitor, ya que determina factores tales como tensión máxima de funcionamiento sin que llegue 
a perforarse capacidad, debido a la mayor o menor facilidad de cortarle en láminas muy finas y a 
su mayor o menor polarización perdidas dieléctricas, ya que, a pesar de ser un material aislante, 
siempre existirá una corriente muy difícil que tenderá a descargar el capacitor en un tiempo 
suficientemente largo. 
MEDIDA DE LA CAPACIDAD 
La capacidad de los capacitores se mide en unas unidades denominadas faradios, pero y debido a 
que esta unidad es excesivamente grande se utilizan en la práctica otras más pequeñas que son 
una fracción cie la anterior las unidades comúnmente utilizadas son las siguientes: 
• Microfaradios 
• Nanofaradios 
• Picofaradios 
Varios capacitadores de diferentes capacidades 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TOLERANCIA 
Un factor importante al determinar el valor de un capacitor es la tolerancia, que de la misma 
forma que en las resistencias, nos indica los extremos máximos y mínimos que podría tener el 
valor del capacitor. Las tolerancias comunes son 5, 10 y 20 por 100 para todos los modelos de 
capacitores, excepto en los electrolíticos cuya tolerancia puede llegar a valores del 50 por 100, 
Representado por un código de colores. 
 
CIRCUITOS DE CAPACITORES 
Los circuitos eléctricos por lo general contienen a dos o más capacitores conectados entre sí, esta 
conexión puede ser: 
Varios capacitadores con altas capacidades 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
• Circuito o conector en serie 
• Circuito o conector en paralelo 
• Circuito o conexión mixta 
 
CAPACITOR EN SERIE 
Un capacitor puede ser armado acoplando otros en serie y/o en paralelo. El acoplamiento de 
capacitores en serie se realiza conectando en una misma rama uno y otro capacitor, obteniendo 
una 
capacidad 
total entre el 
primer 
borne del 
primer 
capacitor y el 
último del 
último. 
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. para obtener el valor de este único capacitor equivalente se utiliza la 
fórmula: 
CAPACITOR EN PARALELO 
El tipo de capacitor más común se compone de dos placas paralelas, separadas por una distancia 
que es pequeña comparada con las dimensiones lineales de las láminas. El acoplamiento en 
paralelo de los capacitores se realiza conectándolos a todos a los mismos dos bordes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
CAPACITOR MIXTO 
Un circuito mixto es una mezcla de componentes, en este caso condensadores, que sea como dan 
de tal forma que llegan a formar una combinación de condensadores agrupados de tal forma que 
la circulación de la corriente no se hace en un solo sentido a lo largo de toda su trayectoria. 
 
 
 
 
 
 
 
III. Instrumentos y materiales 
 
1. Simulación que debe ser descargado en : 
https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/capacitor-lab 
 
IV.Procedimiento: 
1. Experimento 1: 
1.1. Establecemos de forma fija el potencial de la fuente en 0,5 𝑉, el área de 
las placas en 100 𝑚𝑚𝑧 y variamos la distancia entre las placas partiendo 
de 10 𝑚𝑚. Lo hicimos con 5 distancias distintas, tomamos nota de la 
variación de las cargas en las placas (véase la tabla N° 1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/capacitor-lab
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
a) 𝑑 = 10 𝑚𝑚 : 
 
 
b) 𝑑 = 9.3 𝑚𝑚 : 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
c) 𝑑 = 8.1 𝑚𝑚 : 
 
 
d) 𝑑 = 6.8 𝑚𝑚 : 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
e) 𝑑 = 5.8 𝑚𝑚 : 
 
 
 
1.2. Ahora tomamos de forma fija el área en 𝐴 = 400 𝑚𝑚𝑧 y la separación 
de las placas en 𝑑 = 10𝑚𝑚. En este caso variamos el voltaje y 
tomamos nota también de la variación de la carga (véase la tabla N° 2). 
a) 𝑉 = 0.89 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠 : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
b) 𝑉 = 0.65 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠 : 
 
 
 
c) 𝑉 = 0.16 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠 : 
 
 
 
d) 𝑉 = −0.32 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠 : 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
e) 𝑉 = −0.72 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠 : 
 
 
 
2. Experimento 2: 
Para este experimento determinaremos de forma experimental la constante 
dieléctrica de tres tipos de materiales: El teflón, el papel y el vidrio. Para 
esto, se selecciona el material a estudiar, lo colocaremos dentro de las placas 
metálicas, se fijará el área en 𝐴 = 400 𝑚𝑚2 con una distancia de separación 
de 𝑑 = 5 𝑚𝑚, posteriormente iremos modificando el voltaje y viendo la 
variación de la carga de las placas. (véase las tablas N° 3, 4 y 5). 
2.1.Teflón: 
a) 𝑉 = 1.15 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
 
b) 𝑉 = 1.06 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
c) 𝑉 = 0.82 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
d) 𝑉 = 0.15 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
 
e) 𝑉 = −0.49 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
 
2.2. Papel: 
a) 𝑉 = 1.49 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
b) 𝑉 = 1.09 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
 
c) 𝑉 = 0.82 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
d) 𝑉 = −0.15 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
e) 𝑉 = −0.61 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
 
2.3. Vidrio: 
a) 𝑉 = 0.97 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
b) 𝑉 = 0.33 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
c) 𝑉 = −0.15 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
 
d) 𝑉 = −0.52 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
e) 𝑉 = −0.85 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
3. Experimento 3: 
Para este experimente colocamos el voltaje en 𝑉 = 0.52 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠; consiguiente 
mediremos el voltaje para cada capacitor (véase la tabla N° 6) 
 
 
a) Capacitor 1: 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
b) Capacitor 2: 
 
 
 
c) Capacitor 3: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
V. RESULTADOS EXPERIMENTALES: 
1. Resultados del experimento 1: 
En el experimento 1 se tomaron los siguientes datos: 
Tabla N° 1 
Valores 
fijos 
Distancia de 
separación 
entre placas 
(d) en mm 
Inversa de la 
distancia de 
separación 
(1/d) en mm 
Carga 
almacenada en 
las placas (Q) 
* 10^-13 C. 
V = 0.5 
volt A=100 
mm^2 
10 0.100 0.44 
9.3 0.108 0.47 
8.1 0.123 0.55 
6.8 0.147 0.65 
5.8 0.172 0.76 
 
 Registramos el producto 𝐴. 𝑉 = 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Resultados del experimento 2: 
En el experimento 2 se tomaron los siguientes datos: 
Tabla N° 3 
Valores Fijos 
Voltaje 
suministrado (V) 
en Volts 
Carga 
almacenada en 
las placas (Q) * 
10^-12 C. 
Material: Teflón 
A=400 mm^2 
d=5 mm 
1.15 1.72 
1.06 1.58 
0.82 1.22 
0.15 0.23 
-0.49 0.72 
 
 
 
 
 
 
Tabla N° 2 
Valores Fijos 
Voltaje 
suministrado (V) en 
Volts 
Carga almacenada 
en las placas (Q) 
* 10^-12 C. 
A=400 mm^2 
d=10 mm 
0.89 0.32 
0.65 0.23 
0.16 0.06 
-0.32 0.11 
5.8 0.25 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
Tabla N° 4 
Valores Fijos 
Voltaje 
suministrado (V) 
en Volts 
Carga 
almacenada en 
las placas (Q) * 
10^-12 C. 
Material: Papel 
A=400 mm^2 
d=5 mm 
1.49 3.69 
1.09 2.71 
0.82 2.03 
-0.15 0.38 
-0.61 1.51 
 
Tabla N° 5 
Valores Fijos 
Voltaje 
suministrado (V) 
en Volts 
Carga 
almacenada en 
las placas (Q) * 
10^-12 C. 
Material: Vidrio 
A=400 mm^2 
d=5 mm 
0.97 3.24 
0.83 1.11 
-0.15 0.51 
-0.52 1.92 
-0.85 2.83 
 
3. Resultados del experimento 3: 
Los voltajes medidos para cada capacitor en cada capacitor son: 
Tabla N° 6 
Valores Fijos 
Capacitor 
Voltaje almacenado en 
cada capacitor en 
Volts 
V=0.52 Volts 
C 1 0.26 
C 2 0.26 
C3 0.52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
VI. ANALISIS DE RESULTADO 
EXPERIMENTO 1 
Del analisis de la tabla 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sacamos que su formula que es 
y=4,4444444444445x+0,00444444444444 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
EXPERIMENTO 2 
CASO 1 
 
CASO 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CASO 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
 
 
VII. CONCLUSIONES 
• Nos damos cuenta, que a través del simulador es demasiado correcto 
, preciso y bien programado para la realización de los cálculos 
correspondientes. 
• Nos hemos dado cuenta que a través de un análisis teórico con el 
simulador proporcionado es demasiado aproximado y con un error 
mínimo. 
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 
• https://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico 
• APUNTES DE CLASE 
 
 
https://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico