INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos Wilfrido Massieu Laboratorio de Física III. Alumno Grupo Equipo

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1 INSTITUTO POLITENIO NAIONAL entro de Estudios ientíficos y Tecnológicos Wilfrido Massieu Laboratorio de Física III Aluno Grupo Equipo Profesor de teoría Profesor de laboratorio Fecha / / alificación Práctica No 4 I.- Ubicación Prograática: UNIDAD I Electrostática TEMA 1.7 apacitancia II.- Nobre de la práctica: apacitor de placas planas. III.- Objetivo: Al térino de la práctica el aluno será capaz de: Relacionara y verificara la capacitancia por edio de diferentes áreas, dieléctricos y distancias. IV.- Instrucciones Generales: a) Antes de realizar la práctica contesta el cuestionario y copleta el apa ental consultando las fuentes que se te proponen y en tus apuntes. uestionario. Instrucciones: ontesta las siguientes preguntas antes de realizar la práctica. 1.- Explica con tus propias palabras que entiendes por capacitor? 2.- Define la capacitancia eléctrica? 3. - De qué factores depende la capacidad de un capacitor de placas planas paralelas? 4. Explica Qué entiendes por dieléctrico? 5. Si la ecuación = q y si se auenta la diferencia de potencial entre las placas de un capacitor: V Se odificará la capacidad de esté? Por qué? q 6. - Indica en que unidades se ide cada factor que interviene en la ecuación = en el Sistea Internacional? = q = V = V 7.- Por qué en la práctica cotidiana no se usa coo unidad de edida el Farad Del siguiente apa ental copleta lo que falta. 1 de 6

2 b) Lee los siguientes conceptos para fundaentar la práctica. uando teneos un capacitor con una deterinada carga eléctrica q, existe una diferencia de potencial V entre sus placas. Podeos calcular la capacidad de dicho capacitor por edio de la ecuación. Por ser el Farad una unidad de edida uy grande, se usan los subúltiplos los cuales son: Microfarad µf 10-6 Farad Nanofarad nf 10-9 Farad Picofarad pf o Farad La capacidad de un capacitor de placas planas paralelas es directaente proporcional al área de las placas e inversaente proporcional a la distancia entre ellas. De esto su ecuación es la siguiente: = apacidad en Faraday. = Ε A d A = área de las placas en 2 Ε = Peritividad absoluta del dieléctrico. d = distancia de separación entre las placas. Un capacitor es un dispositivo forado por dos conductores eléctricos separados por un aislante llaado dieléctrico. La función del capacitor es la de alacenar cargas eléctricas entre sus placas. La capacidad de alacenar carga llaado (capacitancia) depende de la configuración geoétrica del capacitor, es decir, del área de las placas y la separación de las isas, así coo del aterial aislante que se encuentra entre el espacio de las placas. En la figura se ilustra un capacitor de placas planas circulares con dieléctrico de aire. arga y Descarga de un apacitor. Para cargar un capacitor basta conectar una de sus placas o araduras conductoras a un cuerpo cargado eléctricaente, la otra placa por inducción queda cargada eléctricaente. Los apacitores se descargan eléctricaente uniendo las araduras por edio de un conductor por lo que se debe tener cuidado de no tocar las dos araduras a la vez, para evitar un accidente por descarga eléctrica. La peritividad absoluta del dieléctrico es una característica constante para cada dieléctrico y se obtiene del producto de la pereabilidad del vacío por la pereabilidad relativa o constante dieléctrica del dieléctrico utilizado. Ε0 = Peritividad del vacío 8.85x10-12 q oulob = = = Farad V Volt Ε = Ε 0 Ε r ΕR =Peritividad relativa o constante dieléctrica (adiensional). La constante dieléctrica Ε0 = k para un aterial en particular se define coo la razón de una capacitancia, de un capacitor que entre sus placas contenga a dicho aterial, a la capacidad que tiene cuando contiene aire o vacío coo dieléctrico 0 0 Es un núero abstracto, carece de unidades, y se puede consultar en los libros de texto en donde se tabula su valor para diferentes dieléctricos. 2 de 6

3 V.- Materiales para el desarrollo de la práctica. onductores. apacitóetro. Dos capacitores de placas planas circulares de diferente diáetro. Placas planas cuadradas. Dieléctrico de vidrio. Dieléctrico de papel. VI.- Fuentes de onsulta: Referencias Bibliograficas: Félix Oyarzabal Velazco Lecciones de Física Editorial ESA Segunda Edición México D.F Paúl Tippens Física onceptos y Aplicaciones Editorial McGRAW-HILL Quinta Edición en español México D.F Salvador Mosqueira Física General Editorial Patria Priera Edición México D.F Lección 41 apítulo 33 apítulo 20-3 Paginas de Internet: Experientos y actividades. ódigo de capacitares. apacitor variable de placas paralelas. iteso.x/~jorgeaguilar/cap03_01.ht ondensadores características y tipos. htl.rincondelvago.co/condesadores-y-capacitores.htl apacitores en serie htl.rincondelvago.co/capacitores-en-serie-y-paralelo.htl Museos: Papalote Museo del Niño, Sala de electrostática. Universu. Tecnológico de la. F. E. Tezozóoc. c) Toa las edidas de precaución que se te indiquen! d) De cada experiento realiza las operaciones que se te indique al reverso de la hoja y contesta las preguntas que se te indiquen. VII.- Desarrollo de la práctica. Experiento 1: apacidad de los capacitores de placas planas paralelas en función de sus áreas. Procediiento: Paso 1: Monta los aparatos coo lo uestran las figuras a, b, c. (a) (b) (c) 3 de 6

4 Paso 2: Deterina el área de las placas de cada capacitor. Figura a Diáetro = A = D 2 A = Diáetro = Figura b A = D 2 A = Lado = Figura c A= L x L = Paso 3: Por edio de la ecuación = ΕA d alcular la capacidad de cada capacitor cuando sus placas tengan 3 de separación, anotando los valores en la cuarta coluna correspondiente de la tabla. Experiento Área 2 Distancia apacidad calculada apacidad edida 1 3x x x10-3 Paso 4: onecta el capacitóetro a cada capacitor para obtenga la lectura de la capacidad, anote el valor en la quinta coluna de la tabla. Paso 5: on los datos obtenidos en la tabla anterior construye un grafica en la que se aprecie la capacitancia edia en relación al área. UESTIONARIO: Al variar el área de las placas, varía la capacidad? De qué fora varia la capacidad? Experiento 2: apacidad en función de la distancia entre las placas. Procediiento: Paso 1: Del capacitor de la figura b deterina el área de las placas. D = en A = D 2 A = Paso 2: Por edio de la ecuación = ΕA d 4 de 6

5 Deterina la capacidad del capacitor cuando sus placas tengan una separación de 10, 8, 6, 4, 2, 1 respectivaente, anotando los valores en la cuarta coluna de la siguiente tabla. Experiento Área 2 Distancia apacidad calculada apacidad edida 1 1x x x x x x10-3 Paso 4: Utiliza el capacitóetro en la escala de , conectándolo al capacitor ide su capacitancia para cada uno de los casos, anotando sus valores en la últia coluna de la tabla anterior. Paso 5: on los datos obtenidos en la tabla anterior construye un grafica en la que se aprecie la capacitancia en relación de la distancia. UESTIONARIO: Observando reglón a renglón los valores de las colunas 3 y 4 o de las colunas 3 y 5. Qué observas? óo varia la capacitancia en función de la distancia? opara renglón a renglón los valores obtenidos en las colunas 4 y 5. Qué concluye de los valores obtenidos? Experiento 3: Deterinación del valor de la constante dieléctrica Ε 0 ó k para diferentes ateriales. Procediiento: Paso 1: Utiliza el capacitor del experiento anterior, introduzca coo dieléctrico una placa de vidrio y ida su capacidad. vidrio = Paso 2: Retira el vidrio con cuidado de no alterar la separación entre las placas. Mide la capacidad cuando el dieléctrico es aire: 0 = Paso 3: Deterina la constante dieléctrica para el vidrio: VIDRIO Paso 4: Repite los pasos 1 y 2 usando coo dieléctrico papel y aire. papel = 0 = 0 Paso 5: alcula la constante dieléctrica para el papel PAPEL 0 5 de 6

6 Paso 6: opara los valores que calculó para la constante dieléctrica del vidrio y del papel con los valores que dan los libros. UESTIONARIO: óo son entre sí los valores de los dieléctricos calculados y los que da el libro? Qué concluyes de este experiento? oo le afecta la constante dieléctrica K a la capacitancia? e) Al finalizar la práctica elabora V de Gowin eligiendo uno de los experientos que realizaste. 1.- DE UNO DE LOS EXPERIMENTOS DE LA PRÁTIA. PREGUNTATE ÓMO FUNIONA? O POR QUÉ SUEDE? 2.- ONEPTOS TEÓRIOS QUE SE RELAIONEN ON EL EXPERIMENTO. 5.- ONLUSIONES (RESPUESTA A LA PREGUNTA) QUE DESUBRO? 3.- REPRESENTAIÓN GRÁFIA (DIBUJOS EUAIONES ET.). 4.- OBSERVAIONES O ANALISIS DE LOS PUNTOS 2 Y 3 6 de 6