DETERMINAR LA CAPACITANCIA DE UN CONDENSADOR

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1 DETERMINAR LA CAPACITANCIA DE UN CONDENSADOR OBJETIVOS: Comprobar el valor del condensador dado sus valores nominales. Tener cuidado con los instrumentos y equipos de laboratorio, por el valor de su magnitud. FUNDAMENTO TEORICO: 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. Condensador: CAPACITANCIA = 1F = 1 C Son dispositivos que almacenan cargas eléctricas; se dice que dos cuerpos forman un condensador cuando entre ellos existe un campo eléctrico. En general un condensador se compone esencialmente de dos conductores (armaduras) aislados y separados por un dieléctrico (aislador. Pueden conducir c.c durante un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de c.a.; esta propiedad los convierte en dispositivos muy útiles para impedir que la c.c entre a determinada parte de un circuito eléctrico. Los condensadores de capacidad fija y variable se usan con las bobinas, formando circuitos en resonancia en radios y otros equipos eléctricos. 1

2 Tipos de condensadores: - Placas paralelas.- Consiste básicamente en dos placas puestas en paralelo, una de la otra, y a la vez separadas por un material aislante sea este aire o vació. Si bien los más primitivos se hacían con placas de metal sólidas, los modernos son hechos con hojas metálicas particularmente de aluminio. -Electrolíticos.- Se hacen de formas y tamaños sumamente variables, con recipientes de cartón o metálicos y distintos tipos de terminales. Son empleados para capacidades superiores a 1mfd. A diferencia de otros condensadores este está polarizado y si se conecta mal se rompe y hace corto circuito. -Variables.- Un tipo especial es el de mica que tiene una capacidad inferior a 500 mmf., Consiste en dos placas separadas por una lámina de mica. Para acerca las placas se utilizan un tornillo; ajustando este tornillo se modifica la capacitancia del condensador. Esta clase de condensador se construye a veces adentro de un condensador variable de aire más grande, para usar en paralelo con el capacitor variable más grande y ofrecer un ajuste de capacitancia más exacto. Algunas referencias de condensadores.- Condensador de Mica (electrodos de banho de prata) Tolerancia: ± 0.5 pf 1% (>56 pf) Tensión Máx.: 500 V d.c. Gama Temp.: -40 ºC a 85 ºC Condensador de Papel Tolerancia: ± 20% Tensión Máx.: 250 V a.c. 630 V d.c. Condensador de Policarbonato (película) Tolerancia: ± 5% Resistencia Isol.: 100 Gð Condensador Cerámico (Placa) Tolerancia: 0.25 pf (<10pF) ± 2% ( 10 pf) Resistencia Isol.: 10 Gð Tensión Máx.: 100 a 400 V Gama Temp.: -40 ºC a 85 ºC 2

3 Carga y descarga de un condensador: Cuando al condensador le aplicamos una diferencia de potencial este se carga, ya que al no estar las dos placas metálicas unidas entre sí directamente, sino por medio de una batería o pila, cada una de las placas se cargará con electricidad positiva o negativa, ya que una de las placas cederá electrones para que la otra los gane. Carga del condensador: las armaduras de un condensador cuando se conectan a los polos de un generador de c.c, adquieren cargas iguales y de signo contrario, diciéndose entonces que el condensador está cargado. La carga se debe a un flujo de electrones que va hacia una de las placas desde la otra, dando por resultado una placa con carga negativa y otra con carga positiva. Este proceso no es instantáneo sino que se va realizando paulatinamente, dependiendo la mayor o menor rapidez del mismo de la capacidad del condensador y de la resistencia del circuito. Descarga del condensador: se lleva a cabo cuando un flujo de electrones desde la placa de un condensador con cargo negativa va hacia la placa con carga positiva, eliminando así las cargas en las placas. PARTE EXPERIMENTAL: EQUIPOS E INSTRUMENTOS.- Fuente de alimentación de c.a. variable Multitester Voltímetro c.a. Amperímetro c.a. Capacito a medirse (condensador) Cables 3

4 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO.- Primero armaremos nuestro circuito de la siguiente manera, como nos indica la grafica: Luego aplicándole tensión al circuito, tendremos las respectivas lecturas del amperímetro y del voltímetro, la cual anotaremos en nuestra tabla para hacer los cálculos respectivos de la capacitancia. CASO 1: voltaje (c.a.) intensidad (A) f (Hertz) Xc C (uf) C promedio = 10.9 uf. 4

5 CASO 2: voltaje (c.a.) intensidad (A) f (Hertz) Xc C (uf) C promedio = 2.2 uf CASO 3: Un tablero de condensadores (C 13) voltaje (c.a.) intensidad (A) f (Hertz) Xc C (uf) C promedio = 3.1 uf 5

6 CASO 4: Un tablero de condensadores (C 12) voltaje (c.a.) intensidadd (A) f (Hertz) Xc C (uf) C promedio = 2.1 uf CUESTIONARIO: 1. Como afecta la capacitancia en la corriente alterna. En CA, un condensador ideal ofrecee una resistencia al paso de la corrientee que recibee el nombre de reactancia capacitiva, Xc cuyo valor viene dado por la inversa del producto de la pulsación ( ) por la capacidad, C: Si la pulsación se expresa en radianes por segundo ( rad/s) y la capacidad en faradios (F), la reactanciaa resultará en ohmios. Al conectar una CA senoidal v(t) a un condensador circulará una corriente i(t), también senoidal, que lo cargará, originando en sus bornes una caídaa de tensión, -vc(t), cuyo valor absoluto puedee demostrase que es igual al de v(t). Al decir que por el condensador "circula" una corriente, se debe puntualizar que, en realidad, dicha corriente nunca atraviesa su 6 Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos 2

7 dieléctrico. Lo que sucedee es que el condensador se carga y descarga al ritmo de la frecuencia de v(t), por lo que la corriente circula externamente entree sus armaduras. El fenómeno físico del comportamientoo del condensador en CA se puede observar en la figura derecha. Entre los 0º y los 90º i(t) va disminuyendo desdee su valor máximo positivo a medida que aumenta su tensión de carga vc(t), llegando a ser nula cuando alcanza el valor máximo negativo a los 90º, puesto que la suma de tensiones es cero (vc(t)+ v(t) = 0) en ese momento. Entre los 90º y los 180º v(t) disminuye, y el condensador comienza a descargarse, disminuyendo por lo tanto vc( t). En los 180º el condensador está completamente descargado, alcanzando i(t) su valor máximo negativo. De los 180º a los 360º el razonamiento es similar al anterior Definir la reactanciaa capacitiva y enunciar la formula. Explicar dos diferencias de la inductancia y la capacitancia. Cuáles son los tres factores que determinan la característicaa de un capacitor. Factores que afectan la capacidad: a) La superficie de las placas: es un factor importantísimo para determinar la cantidad de capacitancia, puesto que la capacidad varíaa en proporción directa con la superficiee de las placas. De este modo el aumento de la superficie de la placa incrementa la capacitancia, mientras que su disminución la hace mermar. La mayor superficie de placa aumenta la capacidad. b) La distancia entre las placas: el efecto que tiene dos cuerpos cargados entre ellos depende de la distancia que los separa.comoo la acción de capacitancia depende de 2 placas y de la dif. De sus cargas, la capacidad varíaa cuando se modifica la distancia entre las placas. La capacidad de 2 placas aumenta a medida que las placas se acercan y disminuye cuando se alejan. C) Cambiando el material dieléctrico: la capacidad se modificara si se utilizan como dieléctricos materiales distintos. El efecto de los distintos materiales, es 7 Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos 2

8 comparable al del aire, o sea que si un condensador tiene una capacitancia dada cuando se utiliza aire como dieléctrico, otros materiales, en vez de aire, multiplicaran la capacidad en cierta medida. A esta medida se le denomina: constante dieléctrica. 5. Por que se dice que los capacitores bloquean la corriente continua o directa. Este capacitor (condensador) se utiliza para bloquear la corriente continua que pudiera venir de la señal de entrada. Este capacitor actúa como un circuito abierto para la corriente continua y un corto circuito para la corriente alterna (la que se desea amplificar). Estos capacitores no se comportan tan perfectamente en la realidad, pero se acercan bastante, pudiendo suponerse como ideales. El dieléctrico más utilizado para estos fines es el polipropileno y el policarbonato. 6. Que es el movimiento angular y como se expresa. 8

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