Actividad Experimental N3 Capacitancia - Salgado Carrillo Duncan Eliam

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17/03/2022
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 
Unidad Culhuacán 
Unidad de aprendizaje: Electricidad y magnetismo
Objetivo
Mediante esta práctica se planteará el funcionamiento de los capacitores eléctricos así como de que manera influye las características geométricas en los capacitores.
Introducción
En esta práctica veremos cuatro situaciones en las cuales meteremos diferentes datos al simulador para ver el comportamiento experimental de dichos datos para después comprobarlos bibliográficamente. 
Marco Teórico
Botella de Leyden
La botella de Leyden, también conocida como botella de Leiden, es un dispositivo eléctrico realizado con una botella de vidrio que permite almacenar cargas eléctricas. Históricamente, la botella de Leyden fue el primer tipo de condensador eléctrico.
Capacitor
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.
Todo capacitor tiene la misma estructura básica: dos placas conductoras separadas por un dieléctrico aislante ubicado entre ambas. En ellas se almacena la carga de energía cuando fluye una corriente eléctrica y su dieléctrico debe ser de un material no conductor, como el plástico o la cerámica.
¿Cómo funciona un capacitor?
Al colocar un capacitor o condensador eléctrico en un circuito que tiene una corriente activa, los electrones del lado negativo se acumulan en la placa que se encuentra más cercana a ellos. Cuando la placa ya no puede sostenerlos, pasan al dieléctrico y a la otra placa, por lo que los electrones son desplazados devuelta al circuito, a través de una descarga.
Las placas conductoras del capacitor están conectadas a las terminales del elemento pasivo y el material dieléctrico o aislante se coloca entre ambas placas, las cuales almacenan la carga eléctrica hasta que se conecta una carga en el capacitor. La carga que almacena un condensador o capacitor es directamente proporcional al voltaje o la tensión aplicados. Asimismo, su capacidad es proporcional al área de la placa e inversamente proporcional a la distancia existente entre ambas placas.
Otro factor importante de estos dispositivos es la capacitancia, es decir, la capacidad del componente para almacenar energía en forma de carga eléctrica. El valor de la capacitancia de un condensador eléctrico se mide en faradios y es la relación entre la carga eléctrica almacenada y la tensión (diferencia de potencial) entre ellos.
Tipos de capacitores
Debido a sus múltiples usos y a la variedad de sus características eléctricas, físicas y económicas, actualmente hay una gran cantidad de tipos de capacitores. Existen capacitores hechos con placas de diversos materiales, con formas diversas y una amplia gama de dieléctricos. Entre los más comunes se encuentran el capacitor electrolítico, el capacitor cerámico, los capacitores en serie y paralelo y el capacitor de poliéster, entre otros.
Capacitor electrolítico. Este condensador usa un electrolito que actúa como primera armadura o cátodo (electrodo negativo), el cual, al recibir una tensión adecuada, deposita una capa aislante sobre ánodo (es decir, la cuba o segunda armadura). Suele usarse como oscilador, como generador de frecuencias o para modularla señal en fuentes de alimentación. 
Los condensadores electrolíticos liberan en poco tiempo grandes cantidades de energía, por lo que es utilizado como capacitor de arranque de motores eléctricos que requieren una gran potencia inicial. Aunque su capacidad puede llegar a ser muy elevada, un capacitor electrolítico no funciona bien con una corriente alterna, pues la polarización inversa produce un corto circuito entre el electrolito y la cuba, por lo que la temperatura incrementa a tal grado que puede estallar.
Hay varios tipos de capacitores electrolíticos, de acuerdo con sus componentes (electrolitos y segunda armadura), entre ellos se encuentran el de aluminio y el de tantalio:
· Condensador o capacitor de aluminio: es un condensador polarizado en el cual el electrolito es una disolución de ácido bórico y su cuba es de aluminio. Su funcionamiento óptimo es en frecuencias bajas y suele utilizarse en equipos de audio y fuentes de alimentación conmutadas.
· Condensador o capacitor de tantalio o tántalo. Usa tántalo como ánodo y tiene mejor capacidad por volumen que un capacitor electrolítico de aluminio, ya que utilizar este elemento químico hace que la capa dieléctrica sea muy delgada.
Capacitor de poliéster. Estos capacitores tienen una gran potencia y son de respuesta muy rápida. Como elemento dieléctrico tienen delgadas láminas de poliéster y usan aluminio para formar sus armaduras. Sus usos más comunes son en aplicaciones de conexión y desconexión de corriente continua, para filtrar señales de baja tolerancia y sistemas de audio. Tienen ventajas sobre los condensadores de papel por su capacidad para reducir su tamaño, además de tener un alto rendimiento y una escasa pérdida de potencia.
Capacitor cerámico. Usan diversos tipos de cerámica como elemento dieléctrico y pueden estar formados por una sola lámina de dieléctrico o por láminas apiladas. Según sus características, pueden funcionar a distintas frecuencias, incluso las microondas. Gracias a las propiedades específicas dela cerámica, tienen muy pocas pérdidas.
Capacitores en serie y en paralelo. Aquellos que se denominan como “en serie” son dos o más condensadores conectados en una línea. El positivo de cada capacitor está conectado a la placa negativa del siguiente condensador y tienen la misma carga e igual corriente de carga. Por su parte, los condensadores en paralelo son también dos o más condensadores, pero conectados paralelamente, ya que sus terminales están conectadas a la terminal de otro condensador o condensadores. Tienen la misma tensión, así como un suministro de tensión común.
Formulas 
Material
· Simulador
· Calculadora
Desarrollo
Primer caso: Manteniendo una sección transversal o área mínima de 100 mm2, variando la distancia de separación de las placas de 2mm en 2mm, aplicando una ddp. de 1v, registrar los datos experimentales en la siguiente tabla y realizar los cálculos teóricos, registrarlos en la tabla correspondiente y compararlos.
Datos experimentales.
	Separación (mm)
	Capacitancia (Pf)
	Carga de la placa superior(pC) 
	Energía almacenada (pJ)
	2mm
	0.44
	0.66
	0.22
	4mm
	0.22
	0.22
	0.11
	6mm
	0.15
	0.15
	0.07
	8mm
	0.11
	0.11
	0.05
	10mm
	0.09
	0.09
	0.04
Datos teóricos
	Separación (mm)
	Capacitancia (Pf)
	Carga de la placa superior(pC) 
	Energía almacenada (pJ)
	2
	0.44
	0.44
	0.22
	4
	0.22
	0.22
	0.11
	6
	0.14
	0.14
	0.07
	8
	0.11
	0.11
	0.05
	10
	0.08
	0.08
	0.04
Segundo caso. Manteniendo constante una distancia de separación entre las placas de 6 mm, variando el área de las placas de 100 mm2 en 100 mm2 hasta 400 mm2 , aplicando una ddp. de 1v, y registrar los datos experimentales en la siguiente tabla y realizar los cálculos teóricos, registrarlos en la tabla correspondiente y compararlos.
Datos experimentales.
	Área o sección transversal (mm2)
	Capacitancia (Pf)
	Carga de la placa superior(pC) 
	Energía almacenada (pJ)
	100
	0.15
	0.15
	0.07
	200
	0.30
	0.30
	0.15
	300
	0.44
	0.44
	0.22
	400
	0.59
	0.59
	0.30
Datos teóricos.
	Área o sección transversal (mm2)
	Capacitancia (Pf)
	Carga de la placa superior(pC) 
	Energía almacenada (pJ)
	100
	0.14
	0.14
	0.07
	200
	0.29
	0.29
	0.14
	300
	0.44
	0.44
	0.22
	400
	0.59
	0.59
	0.29
Tercer caso. Manteniendo la distancia de separación máxima de 10 mm, así como el área o sección transversal máxima de 400 mm2, variando el valor de la batería de 0.5 en 0.5 volts, tanto positivos como negativos, considerando el valor de 0 volts y observar y concluir.
Datos experimentales.
	Voltaje (v)
	Capacitancia (Pf)
	Carga de la placa superior(pC) 
	Energía almacenada (pJ)
	-1.5
	0.35
	0.53
	0.40
	-1
	0.35
	0.35
	0.18
	-0.5
	0.35
	0.18
	0.04
	0
	0.35
	0
	0
	0.5
	0.35
	0.18
	0.04
	1
	0.35
	0.35
	0.18
	1.5
	0.35
	0.53
	0.40
Datos teóricos.
	Voltaje (v)
	Capacitancia (Pf)
	Carga de la placa superior(pC) 
	Energía almacenada (pJ)
	-1.5
	0.35
	0.53
	0.39
	-1
	0.35
	0.35
	0.17
	-0.5
	0.35
	0.17
	0.04
	0
	0.35
	0
	0
	0.5
	0.35
	0.17
	0.04
	1
	0.35
	0.35
	0.17
	1.5
	0.35
	0.53
	0.39
Cuarto caso. Adicionando el foco o bombilla al circuito observar y tomar el tiempo de descarga del capacitor, con el cronómetro de su celular, con diferentes valores de voltaje.
	Voltaje (v)
	Capacitancia (Pf)
	Carga de la placa superior(pC) 
	Energía almacenada (pJ)
	Tiempo de descarga de la bombilla (s)
	-1.5
	0.35
	0.53
	0.39
	13.42
	-1
	0.35
	0.35
	0.17
	12.56
	-0.5
	0.35
	0.17
	0.04
	11.28
	0
	0.35
	0
	0
	0
	0.5
	0.35
	0.17
	0.04
	11.28
	1
	0.35
	0.35
	0.17
	12.56
	1.5
	0.35
	0.53
	0.39
	13.42
Conclusión
Como podemos apreciar el simulador la mayor parte arroja datos correctos y si existe un margen de error es despreciable, gracias al simulador podemos complementar nuestra información acerca de los capacitores eléctricos sin necesidad de ningún material.
Evidencias 
Bibliografía
CLASE 20 ENERGIA ALMACENADA EN UN CAPACITOR. (s. f.). YouTube. Recuperado 17 de marzo de 2022, de https://www.youtube.com/watch?v=RAmUDVW-tnY
¿Qué es un capacitor o condensador eléctrico? | Quartux. (s. f.). quartux. Recuperado 17 de marzo de 2022, de https://www.quartux.com/blog/que-es-un-capacitor-o-condensador-electrico
colaboradores de Wikipedia. (s. f.). Botella de Leyden. Wikipedia, la enciclopedia libre. Recuperado 17 de marzo de 2022, de https://es.wikipedia.org/wiki/Botella_de_Leyden
CONDENSADORES. (2011, 10 enero). YouTube. Recuperado 17 de marzo de 2022, de https://www.youtube.com/watch?v=4toGYcxOjz8&ab_channel=educacciontv
https://phet.colorado.edu/sims/html/capacitor-lab-basics/latest/capacitor-lab-basics_es.htm
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