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ASOCIACION DE CONDENSADORES ELECTROLITICOS 1. OBJETIVOS Saber y conocer sobre las características y aplicaciones de Condensadores. Estudiar sobre las asociaciones de condensadores en serie y paralelo y también calcular la capacidad equivalente. Calcular en cada una de las asociaciones la diferencia de potencial y la carga acumulada en cada uno de los condensadores. Calcular la energía almacenada en cada una de las asociaciones de condensadores. Objetivo de elaborar un documento que este con todas los datos y que sea lo mejor comprensible sobre la práctica realizada. 2. PRINCIPIO Los condensadores o capacitores se utilizan normalmente para acumular energía eléctrica y que las mismas tienen múltiples usos, se pueden asociar en serie, paralelo o mixto, los tiempos de carga de dichos condensadores son en tiempos cortos, en nuestro caso emplearemos condensadores electrolíticos. 3. FUNDAMENTO TEORICO Un condensador es un componente que tiene la capacidad de almacenar cargas eléctricas y suministrarlas en un momento apropiado durante un espacio de tiempo muy corto. Un capacitor es un dispositivo que consta de dos cuerpos conductores de cualquier forma, colocados a una corta distancia entre sí y a los cuales, se les aplica cargas iguales pero de signo contrario. Este dispositivo se utiliza para almacenar carga eléctrica y esta capacidad está relacionada con la propiedad denominada capacitancia (C) y que operacionalmente se define: 𝐶 = (1) Donde Q representa el valor absoluto de la carga en cualquiera de los cuerpos antes mencionados y V la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos. En el sistema internacional la unidad de medida de la capacitancia es el Farad: 1 𝐹𝑎𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 = 1 = 1 Esta unidad de medida es muy grande en términos prácticos, razón por la cual se usan los siguientes submúltiplos: 1µF, 1nF, 1pF . No obstante la definición de capacitancia, se puede demostrar que ésta es independiente de la carga y de la diferencia de potencial que pueda tener un capacitor. Los elementos de un circuito que tienen valores específicos de capacitancia se conocen como condensadores. La mayoría de los Condensadores, constan de dos placas conductoras separadas por un aislante, como ser papel, mica, aire, etc. También existen condensadores de cerámica y de plástico en los cuales se han depositado películas metálicas sobre las superficies. Estos últimos condensadores tienen una alta resistividad. Los condensadores de cerámica y los de plástico, los de placas paralelas separadas por aire o papel, etc., pueden usarse para corriente alterna o directa. Es decir, en este tipo de condensadores no existe una polaridad preferencial. Su funcionamiento será el mismo si se invierte la polaridad de las placas. FIGURA Nº 1 Dentro de la variedad de condensadores como el que usaremos en esta práctica en el cual la resistividad no es muy alta, pero con él se pueden alcanzar altos valores de la capacitancia. En este tipo de condensadores, una película delgada de óxido sirve de dieléctrico (separador) entre una lámina metálica y una solución o mezcla conductora. Estos condensadores se conocen como electrolíticos y pueden usarse sólo si la lámina metálica nunca será negativa con respecto a la solución. Si La placa metálica es negativa, la película de óxido se destruye y el condensador no podrá usarse de nuevo. Todo condensador electrolítico tendrá marcados los bornes positivo y negativo y se debe tener cuidado de usarlo adecuadamente. 3.1. Energía en un condensador Para determinar la energía acumulada en un condensador basta con tener en cuenta su capacidad y la tensión a la que está alimentado. 𝑈 = (2) Como siempre, trabajaremos con las unidades fundamentales en el sistema internacional; es decir, para que obtener la energía en Julios debemos trabajar con la capacidad en faradios y la diferencia de potencial (d. d. p.) en voltios. 3.2. Condensadores electrolíticos Es un tipo de condensador que utiliza un electrolito, como su primera armadura, la cual actúa como cátodo. Con la tensión adecuada, el electrolito deposita una capa aislante (la cual es en general una capa muy fina de óxido de aluminio) sobre la segunda armadura o cuba (ánodo), consiguiendo así capacidades muy elevadas. Son inadecuados para funcionar con corriente alterna. La polarización inversa destruye el óxido, produciendo un cortocircuito entre el electrolito y la cuba, aumentando la temperatura, y por tanto, arde o estalla el condensador consecuentemente. Existen varios tipos, según su segunda armadura y electrolito empleados. FIGURA Nº 2 3.3. Condensadores electrolíticos de aluminio Es el tipo normal. La cuba es de aluminio y el electrolito una disolución de ácido bórico. Funciona bien a bajas frecuencias, pero presenta pérdidas grandes a frecuencias medias y altas. Se emplea en fuentes de alimentación y equipos de audio. Muy utilizado en fuentes de alimentación conmutadas. 3.4. Asociación de Condensadores Se pueden asociar de 3 maneras que son las siguientes, serie, paralelo y mixto En Serie Se dice que están asociados en serie, cuando al terminal de salida de uno, se le une el de entrada de otro, y así sucesivamente. La intensidad que llega a cada condensador es la misma. Podemos decir, por tanto, que la carga que tendrá cada uno es la misma. 𝑄𝑇= 𝑄𝐶1= 𝑄𝐶2= 𝑄𝐶3= ⋯ Sin embargo las tensiones serán diferentes, la tensión total se repartirá entre los condensadores en función de su capacidad. 𝑉𝑇= 𝑉𝐶1+ 𝑉𝐶2+ 𝑉𝐶3+ ⋯ La fórmula que nos ayudará en el cálculo de la capacidad total o equivalente en la asociación decondensadores en serie es: Observa que la capacidad total o combinada es menor que la más pequeña de un acoplamiento enserie. Una vez aplicada la relación anterior que nos da el valor de , debemos hacer la inversa del resultadopara llegar a que es el valor que deseamos calcular. Paralelo Cuando todas las entradas van unidas y a la vez también las salidas, se dice que están conectados en paralelo. La tensión en todos los condensadores será la misma, igual a la suministrada por la fuente que los carga. 𝑉𝑇= 𝑉 * 𝐶1= 𝑉 * 𝐶2= 𝑉 * 𝐶3 = … La carga de cada condensador estará entonces en función de su capacidad. 𝑄𝐶1 = 𝐶1* 𝑉𝑇𝑄𝐶2 = 𝐶2* 𝑉𝑇 𝑄𝐶3 = 𝐶3* 𝑉𝑇 La capacidad total o equivalente será igual a la suma de las capacidades de cada condensador. 𝐶𝑇= 𝐶1+ 𝐶2+ 𝐶3+ ⋯ (4) 4. MONTAJE Y REALIZACIÓN Para la realización de la práctica, se desarrollará según el tipo de conexión que se realice. 4.1. MATERIALY EQUIPO: Varios condensadores electrolíticos de diferentes capacidades Fuente de alimentación DC de 10 V Multímetro Capacímetro Cables de conexión 4.2. REALIZACIÓN Asociación en serie Hacer las conexiones según la figura Nº 3, en correspondencia a equipos y material listados Leer de forma directa los valores indicados en los capacitores y anotar los mismos en la tabla Nº 1 Usando el capacimetro, leer los valores de los capacitores y anotar los mismos en la tabla Nº 1 Sin la fuente de alimentación. Después de realizado la conexión del circuito, hacer la lectura de la asociación de condensadores en el capacímetro. En el último circuito, proceder a realizar la conexión con la fuente de alimentación y para esto usaremos el multímetro y ahí mediremos la diferencia de potencial existente en la conección de capacitores, dichos valores tabularemos en la tabla Nº 1 Asociación en paralelo Hacer las conexiones según la figura Nº 4, en correspondencia a equipos y material listados Leer de forma directa los valores indicadosen los capacitores y anotar los mismos en la tabla Nº 2 Usando el capacimetro, leer los valores de los capacitores y anotar los mismos en la tabla Nº 2 Sin la fuente de alimentación. Después de realizado la conexión del circuito, hacer la lectura de la asociación de condensadores en el capacímetro. En el último circuito, proceder a realizar la conexión con la fuente de alimentación y para esto usaremos el multímetro y ahí mediremos la diferencia de potencial existente en la conexión de capacitores, dichos valores. 5. TAREAS 5.1. Realizar las anotaciones de los valores según indicación de cada uno de condensadores en las tablas correspondientes. 5.2. Hacer las conexiones de los condensadores según corresponda (Serie o paralelo), en cada caso leer después de realizar las conexiones los valores equivalentes Ceq, con el capacímetro 5.3. Hacer las conexiones de los condensadores según corresponda (Serie o paralelo), en cada caso leer después de realizar las conexiones los valores equivalentes ∆𝑉 (sin capacimetro). 5.4. Realizar la cuantificación de las conexiones en Serie, tanto teórico, como experimental, con estos resultados hacer el cálculo tanto de las cargas y los potenciales en cada uno de los capacitores. 5.5. Realizar la cuantificación de las conexiones en Paralelo, tanto teórico, como experimental, con estos resultados hacer el cálculo tanto de las cargas y los potenciales en cada uno de los capacitores. 5.6. Hacer los cálculos de energía para los capacitores y anotar según corresponda. 5.7. Realizar los cálculos de errores para cada uno de los tipos de conexión estudiados. 6. OBTENCIÓN Y ORGANIZACIÓN DE DATOS TABLA. 1: ASOCIACION DE CONDENSADORES EN SERIE. Nº Valores teóricos Valores experimentales C [µF] Q [µC] V [Volt] U [J] C [µF] Q [µC] V [Volt] U [J] 1 47 263,82 5,61 739,59 44 215,6 4,90 528,22 2 100 263,82 2,64 348,48 100 248 2,48 307,52 3 330 263,82 0,8 105,6 264 261,36 0,99 129,37 4 470 263,82 0,56 73,7 418 254,98 0,61 77,8 5 680 263,82 0,39 51,71 476 499,8 1,05 262,4 Ceq = 263,82 Ceq = 24 TABLA. 2: ASOCIACION DE CONDENSADORES EN PARALELO. Nº Valores teóricos Valores experimentales C [µF] Q [µC] V [Volt] U [J] C [µF] Q [µC] V [Volt] U [J] 1 47 470 10 2350 44 441,32 10,03 2213,22 2 100 1000 10 5000 99 992,97 10,03 4979,75 3 330 3300 10 16500 264 2647,92 10,03 13279,32 4 470 4700 10 23500 418 4192,54 10,03 21025,59 5 680 6800 10 34000 476 4774,28 10,03 23943,01 Ceq = 1627 Ceq = 1297 7. PROCESAMIENTO DE DATOS 8. CUESTIONARIO 8.1. ¿Cuántos tipos o clases de condensadores existen? Explique sus usos R.- Electrolíticos. Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrólito. Condensador plano. Condensador cilíndrico. Condensador esférico. Condensador electrolítico. Condensador variable. Un capacitor o condensador eléctrico es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía (carga eléctrica) en un campo eléctrico interno. Es un componente electrónico pasivo y su uso es frecuente tanto en circuitos electrónicos, como en los analógicos y digitales. 8.2. ¿Qué es un Condensador electrolítico y como está fabricado y existen otros tipos de condensadores electrolíticos?. Explique R.- Un condensador electrolítico es un dispositivo electrónico, normalmente con forma cilíndrica, que es capaz de acumular energía en su interior cuando se conecta a una fuente de tensión. Condensadores electrolíticos de aluminio: aquí el aluminio actúa como su dieléctrico. Condensadores electrolíticos de tantalio: aquí el pentóxido de tantalio actúa como su dieléctrico. Condensadores electrolíticos de niobio: aquí el pentóxido de niobio actúa como su dieléctrico. 8.3. ¿Existen condensadores electrolíticos que funcionen con AC? En que se usan? R.- En corriente alterna, el condensador se carga y descarga tantas veces como varíe la tensión. En una corriente alterna de 50Hz, la tensión es positiva 50 veces por segundo, y negativa otras 50, por lo que cambia 100 veces cada segundo. Esto quiere decir que el condensador se carga y descarga 100 veces por segundo. Se utiliza para modular la señal en fuentes de alimentación. También como oscilador o generador de frecuencias. La aplicación típica del condensador electrolítico es incrementar la potencia eléctrica en momentos puntuales que necesitan una fuerte descarga, como ocurre con los flashes de las cámaras fotográficas. 8.4. ¿Qué variables se mantienen constantes en cada tipo de asociación de condensadores?. Explique R.- ASOCIASION DE CONDENSADORES EN SERIE Dos o más condensadores se dice que están en serie cuando cada una de ellos se sitúa a continuación del anterior a lo largo del hilo conductor de un circuito. Una asociación en serie de n condensadores C1, C2, ..., CN es equivalente a sustituirlos por un único condensador en el que se cumple que su capacidad C. Por tanto podemos suponer que la asociación en serie se comporta como un único condensador C. ASOCIASION DE CONDENSADORES EN PARALELO Cuando dos o más condensadores se encuentran en paralelo, comparten sus extremos. Una asociación en paralelo de n condensadores C1, C2, ..., CN es equivalente a sustituirlos por un único condensador en el que se cumple que su capacidad C. Si observas la figura cada condensador dispondrá de su propia carga Q1, Q2 y Q3, esto provoca que entre VA y VB exista una carga total Q=Q1+Q2+Q3Por tanto, podemos suponer que la asociación en paralelo se comporta como un único condensador C. 8.5. En teoría usted dispone de 6 condensadores de capacidades diferentes y también de una fuente de alimentación. En un grupo de trabajo de laboratorio, cada uno debe realizar los cálculos para una asociación mixta, (en una grupo cada estudiante debe tener una asociación de condensadores, diferente del otro, tanto en valores como en circuito) R.- 9. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Se pudo apreciar que trabajamos con varios condensadores electroliticos, y viendo que cada uno tenía diferentes capacidades. La fuente de alimentación con la que fuimos trabajando fue de 10V. En el trabajo realizado, observamos que trabajamos con un multímetro para medir las capacidades de los condensadores. Se observó que en la asociación de condensadores en serie varia un poco los valores tanto en teórico como en valores experimentales. De igual manera que en la anterior conclusión, igualmente varían los valores teóricos de los valores experimentales pero esta vez en las asociación de condensadores en paralelo. 10. BIBLIOGRAFÍA [1] FISICA para Estudiantes de Ciencias e Ingeniería. Vol. II de Resnick Halliday - Krane [2] Física General y Experimental. Vol II de José Goldemberg. [3] Anónimo: Guías de Laboratorio de Física Básica III. Carrera de Física, UATF. [4] https://www3.gobiernodecanarias.org › ecoblog › jgutcor [5] https://www.fisicalab.com › apartado › asociacion-de-c... [6] https://es.slideshare.net › feragama › clases-de-asociacin... [7] https://programarfacil.com › Electrónica [8] https://www.scribd.com › Los-condensadores-electroliticos
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