Práctica 4

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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 
 
 
Prácticas de Laboratorio de Física 2021 
 
Depto. De Ciencias Básicas 
 
 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prácticas de Laboratorio de Física 2021 
 
Depto. De Ciencias Básicas 
 
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: 
o El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto. 
o 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. 
o El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es 
proporcional a dicha carga. 
o La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico 
en dicho punto. 
o Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos 
vectores campo eléctrico distintos. 
o 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: 𝑣 =
1
4𝜋𝜀0
⋅
𝑞
𝑟
. En circuitos eléctricos, se usa 
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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”. 
 
 
 
 
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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: 
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‡ ¿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: 
 
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Realice una relación de 7 materiales que se utilizan en los capacitores con su constante 
dieléctrica. 
 
Material dieléctrico Constante dieléctrica k 
Porcelana electrotécnica 6.5 
Ámbar 2.7-2.9 
Mica moscovita 4.8-8 
Agua 80.08 
Alcohol 25.00 
Baquelita 4-4.6 
Plástico vinílico 4.1 
 
 
 
 
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 como 
practica 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 0.114 0.11 0.0165 0.02 
0.40 0.400 0.16 0.16 0.032 0.03 
0.54 0.500 0.27 0.27 0.0675 0.07 
Co K = C1/Co C1 ε 
0.38 3.7=C1/0.38 C1= (3.7) (0.38) =1.46 pf ε= (8.85x10-12) (3.7) =3.27x10-11 F/m 
0.40 3.7=C1/0.4 C1= (3.7) (0.4) =1.48 pf ε= (8.85x10-12) (3.7) =3.27x10-11 F/m 
0.54 3.7=C1/0.54 C1= (3.7) (0.54) =1.99 pf ε= (8.85x10-12) (3.7) =3.27x10-11 F/m 
0.74 3.7=C1/0.74 C1= (3.7) (0.74) =2.73 pf ε= (8.85x10-12) (3.7) =3.27x10-11 F/m 
0.80 3.7=C1/0.8 C1= (3.7) (0.8) =2.96 pf ε= (8.85x10-12) (3.7) =3.27x10-11 F/m 
0.84 3.7=C1/0.84 C1= (3.7) (0.84) =3.108 pf ε= (8.85x10-12) (3.7) =3.27x10-11 F/m 
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0.74 0.650 0.481 0.48 0.156 0.16 
0.80 1.000 0.8 0.80 0.4 0.40 
0.84 1.150 0.966 0.97 0.55775 0.56 
 
 
 
 
 
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 1𝑝𝐽, mediante un voltaje 
de 1.5𝑉, así como una carga de 1.33𝑝𝐶. 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 𝐶 =
𝑄
𝑉
, 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 𝑊 = 𝑄𝑉, 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. 
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CONCLUSIONES 
 
Para la presente practica se utilizo un simulador al igual que en las pasadas, dicho simulador 
ocasiono una visión experimental de como se comportan los capacitores, en qué dirección corren 
las cargas, el área superficial de las placas, la distancia de separación entre placa y placa, el campo 
eléctrico, el voltaje, la carga almacenada y la capacitancia, al hacer los experimentos con los 
circuito pudimos aprender de cada uno de los experimentos, a calcular distancias, áreas de las 
placas, la misma capacitancia, la carga y la energía almacenada, al final podemos concluir que la 
teoría siempre debe ser complementada con la practica para lograr un apto aprendizaje. 
 
 
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/ 
‡ Franco García, Á. (2010, diciembre de). Efecto del dieléctrico en un condensador. Campus de 
Gipuzkoa - UPV/EHU. 
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/dielectrico/dielectrico.htm 
 
 
 
 
 
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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