Práctica 4

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Prácticas de Laboratorio de Física
	2021
	
TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CELAYA
ELECTROMAGNETISMO
INGENIERIA MECATRONICA
Hijos del Rayo
Avanza hacia el Mañana
Práctica No. 2.2
CAPACITOR
	1.
	Camargo Luna Luis David
	Experimentador 2
	3.
	Guillén Rangel Raúl Andrés
	Líder/Experimentador 1
	2.
	Hernández Arellano
	Reportero
	4.
	Meza Domínguez Karla
	Experimentador 3
	5.
	Meza Tamayo Fernando
	Secretario
PROFESOR: Freddy Jiménez Rojas
Celaya Gto. A 6 de Octubre de 2021
Resumen o abstract
 En éste trabajo se explora el uso de la capacitancia, la carga, la energía y el voltaje en dos sistemas eléctricos. Se trata de resolver de diferentes maneras un mismo problema, tanto de una manera teórica como de la manera práctica. También se trata la relación que tienen dichas magnitudes y el cómo afectan unas a las otras.
 
Práctica No. 1
Generación de carga eléctrica
OBJETIVOS
· Comprender los elementos de un capacitor y la función de estos, mediante experimentación virtual, comprender el concepto de capacitancia y como conocer su funcionamiento. 
· Determinar de manera experimental la relación de campo eléctrico y carga entre las placas del capacitor y visualizar las líneas de campo eléctrico asociadas, así como también, el potencial, la energía eléctrica que se almacena en ellas. 
FUNDAMENTO TEÓRICO
	Investigación de conceptos. 
· Campo eléctrico: - Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.
· Líneas de campo eléctrico: Las líneas de campo creadas por una carga positiva están dirigidas hacia afuera; coincide con el sentido que tendría la fuerza electrostática sobre otra carga positiva. Las propiedades de las líneas de campo se pueden resumir en:
· El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto.
· Las líneas de campo eléctrico son abiertas; salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas.
· El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.
· La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto.
· Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos vectores campo eléctrico distintos.
· A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales, comportándose el sistema como una carga puntual.
· Energía potencial electrostática: Los campos de fuerzas centrales, como el electrostático, pueden describirse por una magnitud escalar característica denominada potencial. Se define así el potencial electrostático en un punto de un campo eléctrico como la energía potencial de carga unidad situada en dicho punto. Matemáticamente: . En circuitos eléctricos, se usa comúnmente la magnitud conocida como diferencia de potencial entre dos puntos situados en un campo eléctrico. Tal diferencia de potencial se simboliza por V1-V2.
· Capacitancia: La capacitancia es la capacidad de un componente o circuito para recoger y almacenar energía en forma de carga eléctrica.
Los capacitores son dispositivos que almacenan energía, disponibles en muchos tamaños y formas. Consisten en dos placas de material conductor (generalmente un metal fino) ubicado entre un aislador de cerámica, película, vidrio u otros materiales, incluso aire. El aislante también se conoce como un dieléctrico y aumenta la capacidad de carga de un capacitor. A veces, los capacitores se llaman condensadores en la industria automotriz, marina y aeronáutica.
Las placas internas están conectadas a dos terminales externos, que a veces son largos y finos, y se asemejan a diminutas antenas o patas metálicas. Estos terminales se pueden conectar a un circuito. Los capacitores y las baterías almacenan energía. Mientras que las baterías liberan energía poco a poco, los capacitores la descargan rápidamente.
Cuando el circuito está apagado, un capacitor retiene la energía que ha reunido, aunque generalmente ocurre una leve fuga. Una gran variedad de capacitores (mostrados en color) en la placa de circuito. La capacitancia se expresa como la relación entre la carga eléctrica de cada conductor y la diferencia de potencial (es decir, tensión) entre ellos.
· Material dieléctrico: entre los materiales dieléctricos que más se utilizan está el vidrio, el papel, la madera, la porcelana, la cerámica, la cera, la mica y algunos plásticos. Estas sustancias sólidas suelen tener más aplicaciones dentro de la ingeniería eléctrica, para envolver los conductores magnéticos de los bobinados. Por otra parte, los dieléctricos líquidos son el aceite mineral, el aceite de ricino y las siliconas, entre otros. Se utilizan como condensadores y selladores, y en el caso del aceite, se emplea en los transformadores para ayudar a prevenir descargas.
También existen los materiales dieléctricos en forma de gas, algunos ejemplos son el aire, el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre, los cuales se utilizan como aislantes en los transformadores.
De acuerdo con una Comisión Europea, “los materiales dieléctricos de alta densidad energética son ideales para almacenar energía en los vehículos híbridos y en los dispositivos médicos electrónicos móviles gracias a su reducido tamaño, su bajo peso y su excelente eficiencia de carga y descarga”.
A nivel industrial, uno de los materiales dieléctricos más utilizados es la fibra de vidrio, porque al poseer esta propiedad puede utilizarse de manera segura en espacios donde hay corrientes eléctricas. Gracias a ello, dicha fibra sirve para fabricar tanques de almacenamiento, rejillas y perfiles estructurales, entre otros productos. También existen los dieléctricos homogéneos, que según el Instituto Politécnico Nacional son “los polímeros orgánicos que han ido desplazando a los aislantes convencionales como PVC y polietileno, que son aislantes no homogéneos debido a sus impurezas que incluso pueden contener inclusiones gaseosas”.
	
Hojas de trabajo
CUESTIONARIO:
EXPERIMENTO 1: Con los valores siguientes de capacitores determine la distancia y el área de las placas, anotándolo en la siguiente tabla 1:
No. 		 Capacitancia (pf) 	 	 Distancia (mm) 	 Área de placa (mm2) 
	1
	0.38 
	4.6
	200
	2
	0.40 
	4.4
	200
	3
	0.54 
	5.6
	340
	4
	0.74 
	2.4
	200
	5
	0.80 
	2.2
	200
	6
	0.84 
	2
	190
Represente la relación de la capacitancia contra la distancia por medio de una gráfica:
	
· ¿Cómo influye la distancia de separación de las placas del capacitor, respecto al valor de la capacitancia? 	 	 	 
Porque cuanto menor sea la separación entre las placas la capacitancia será mayor.
· Para que exista un campo eléctrico entre las placas de un condensador es necesario suministrar:
Se necesita flujo de energía eléctrica.
Con los valores de las capacitancias considérese como Co (Placas con separación en el aire). Suponga que se coloca entre las placas un material dieléctrico de papel, cuya constante dieléctrica es k=3.7.
Determine el nuevo valor de los capacitores “C1”, si k= C1/Co, así como la constante de permitividad ε = εok, registrándolos en la tabla:
	Co 
	K = C1/Co 
	C1 
	ε 
	0.38 
	 
	 
	 
	0.40 
	 
	 
	 
	0.54 
	 
	 
	 
	0.74 
	 
	 
	 
	0.80 
	 
	 
	 
	0.84 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
Realice una relación de 7 materiales que se utilizan en los capacitores con su constante dieléctrica.
	Material dieléctrico
	Constante dieléctrica k
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
EXPERIMENTO 2: Utilizando el simulador de Lab. de condensadores, ajuste los valores de los 6 capacitores anteriores, proporcionándoles los voltajes especificados en la tabla para determinar la carga y energía que se almacena en las placas tanto de manera teórica, así comopractica y registrarlas en la siguiente tabla.
	Co pf
	V volts
	Q(c) teórica
	Q(c) practica
	W(J) teórica
	W(J)
practica
	0.38 
	0.300 
	 
	 
	 
	 
	0.40 
	0.400 
	 
	 
	 
	 
	0.54 
	0.500 
	 
	 
	 
	 
	0.74 
	0.650 
	 
	 
	 
	 
	0.80 
	1.000 
	 
	 
	 
	 
	0.84 
	1.150 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
EXPERIMENTO 3: Utilizando el simulador de lab. de condensadores, conectando el circuito como se muestra en la figura.
Alimente con la pila un voltaje de 1.5 V al condensador, conecte el medidor de voltaje, así como la lámpara. 
Desplace el interruptor primeramente para que se conecte la pila, deje cargando el condensador durante un tiempo de 30 seg., posteriormente desplace el interruptor a la posición intermedia durante 30 seg. Después recorra el interruptor hacia las terminales de la lámpara. 
Observe lo que sucede y explique de manera breve a que se debe esto:
Al estar conectado a la pila, las placas se cargan de energía, en éste caso, de , mediante un voltaje de , así como una carga de . Al estar en la posición intermedia se mantienen tanto la carga como la energía como el voltaje, independientemente del tiempo que estén en ésta posición. Sin embargo, al ser conectadas a la bombilla, las magnitudes antes mencionadas van disminuyendo, pero de diferente manera: mientras que el voltaje disminuye de manera constante, la carga y la energía disminuyen de manera exponencial.
Debido a que , y que la capacitancia se mantiene constante, la única manera de que se cumpla la condición durante la disminución del voltaje es haciendo que la carga de las placas disminuya de manera proporcional. También se sabe que , por lo que al disminuir tanto el voltaje como la carga, la energía almacenada tendría que disminuir para poder cumplir la condición, como se ve en el programa.
CONCLUSIONES
COMENTARIOS Y SUGERENCIAS DE LA PRÁCTICA REALIZADA
REFERENCIAS
· Gobierno Vasco, (2017). Energía potencial electrostática. Recuperado de: https://www.amarauna.euskadi.eus/es/recurso/energia-potencial-electrostatica-condensadores/2726feca-0e1e-4fbe-adba-5b0088ed3a51
· GreenFacts, (2020). Campo eléctrico. Recuperado de: https://ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/es/campos-electromagneticos/glosario/abc/campo-electrico.htm
· Fluke, (2021). ¿Qué es la capacitancia? Recuperado de: https://www.fluke.com/es-mx/informacion/blog/electrica/que-es-la-capacitanciahttps://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/electro/intro_electro.html
· Martín, T. & Serrano, A. (2018). Electrostática. Recuperado de: 
· Yuridia, (2020). Material dieléctrico. Recuperado de: https://www.plaremesa.net/material-dielectrico-para-que-se-utiliza/
Lista de cotejo PARA EVALUACIÓN DE LA PRÁCTICA No. 2
Cargas y campos
Fecha: _06_/_10_/_2021_
	Lista de valores para evaluación de práctica
	Los siguientes dos criterios se deben de cumplir para que la práctica (reporte y desempeño en el aula) sea calificada
	Cumple
	
	Si
	No
	El reporte debe ser entregado en el formato solicitado y sin faltas de ortografía.
	
	
	El alumno demuestra participación congruente con la clase: (integrante) (1 – 2 - 3 – 4 – 5 ) y trabaja en equipo durante el desarrollo de la práctica.
	
	
	El reporte es entregado el día y la hora señalada por el profesor(a)
	
	
	
	
	
	Valor 
	Indicador
	% Obtenido
	3%
	Realiza diagrama de flujo y/o investigación de conceptos con referencia bibliográfica previa al desarrollo de la práctica.
	
	3%
	Maneja correctamente la simbología matemática y Física requerida
	
	4%
	Las respuestas y resultados muestran comprensión de los conceptos estudiados.
	
	 10% Total
	
________________________
Firma de profesor 
30o
Depto. De Ciencias Básicas 
Prácticas de Laboratorio de Física
 
20
21
 
 
Depto. De Ciencias Básicas 
 
 
 
 
TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO
 
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CELAYA
 
 
ELECTROMAGNETISMO
 
INGENIERIA MECATRONICA
 
 
 
 
 
 
 
Hijos del Rayo
 
Avanza hacia el Mañana
 
 
Práctica No. 
2.
2
 
CA
PACIT
OR
 
 
 
1.
 
Camargo Luna Luis David
 
Experimentador
 
2
 
3.
 
Guillén Rangel Raúl 
Andrés
 
Líder
/Experimentador 1
 
2.
 
Hernández Arellano
 
Reportero
 
4.
 
Meza Domínguez Karla
 
Experimentador 3
 
5.
 
Meza Tamayo Fernando
 
Secretario
 
 
PROFESOR: 
Freddy Jiménez
 
Rojas
 
 
Celaya Gto. 
A
 
6
 
de 
Octubre 
de 2021
 
 
 
Prácticas de Laboratorio de Física 2021 
 
Depto. De Ciencias Básicas 
 
TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO 
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CELAYA 
 
ELECTROMAGNETISMO 
INGENIERIA MECATRONICA 
 
 
 
 
 
 
Hijos del Rayo 
Avanza hacia el Mañana 
 
Práctica No. 2.2 
CAPACITOR 
 
 
1. Camargo Luna Luis David Experimentador 2 
3. Guillén Rangel Raúl Andrés Líder/Experimentador 1 
2. Hernández Arellano Reportero 
4. Meza Domínguez Karla Experimentador 3 
5. Meza Tamayo Fernando Secretario 
 
PROFESOR: Freddy Jiménez Rojas 
 
Celaya Gto. A 6 de Octubre de 2021