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PROGRAMA DE FÍSICA
FÍSICA EXPERIMENTAL III – GUÍAS DE LABORATORIOS
CÓDIGO 21184
GUÍA DE LABORATORIO No 6. CAPACITOR DE PLACAS PLANAS Y PARALELAS OBJETIVOS Estudiar la dependencia de la capacitancia de un capacitor de placas planas y paralelas en función del área de las placas. Considere como dieléctrico el aire. Estudiar la dependencia de la capacitancia de un capacitor de placas planas y paralelas en función de la separación entre las placas del capacitor. Considere como dieléctrico el aire. Estudiar la dependencia de la carga almacenada en un capacitor de placas planas y paralelas en función del voltaje aplicado entre las placas del capacitor. Considere como dieléctrico el aire. Estudiar la dependencia del voltaje aplicado entre las placas del capacitor en función del tiempo de descarga. Considere como dieléctrico el aire. TEMAS DE CONSULTA Condensador de placas planas y paralelas. Capacitancia. Dieléctrico. Campo eléctrico en un capacitor cargado de placas planas y paralelas. Energía almacenada en un capacitor de placas planas y paralelas. Bombillas. MATERIALES Simulador. Calculadora. Cronometro. Guía de trabajo.
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ESQUEMA DE LOS MONTAJES
Figura 6.1 Configuración experimental para la determinación de la capacitancia de un condensador de placas planas y paralelas en función del área A y de la distancia d entre las placas.
Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia PBX: (5) 319 7010 Ext.: 1106- [email protected] www.uniatlantico.edu.co Parte 1: Determinación de la capacitancia de un capacitor en función del área A entre las placas. Considere como dieléctrico el aire: En esta parte utilizaremos la Figura 6. Coloque una diferencia de potencial entre las placas del capacitor de 1.5 V y verifique este valor con el voltímetro. Montar el par de placas iniciando con un área de 100 mm^2 , y fijar la distancia d entre las placas a 3.6 mm. En esta parte del experimento la separación entre las placas se mantiene constante. Active gráficos de barra en el simulador con el fin de que se active el medidor de capacitancia. Esto se indica en el siguiente gráfico. Cierre el interruptor de la Figura 6.1 para que circule carga a través del capacitor. Registre el valor de la capacitancia en la Tabla 6.1. Varié el área de las placas entre 100 mm^2 hasta 400 mm^2 y tomé 15 valores diferentes empezando en 100 mm^2 y terminando en 400 mm^2. Estos valores deben permitirle realizar un gráfico. Si desea visualizar las líneas de campo eléctrico, active campo eléctrico. Abra el interruptor y apague la fuente. Tabla 6.1: Registros de la capacitancia en función del área de placads para una distancia de placas fijas de 3.6 mm. Área (A) / mm^2 Capacitancia (C) / pF
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- A partir de los datos registrados, realice el gráfico de (C versus A). Qué puede concluir del gráfico.
- Interprete las gráficas y determine la permeabilidad del espacio libre ( ε ¿¿ 0 )¿.
- Determine el porcentaje de error de la permeabilidad tomando como valor teórico
( ε 0 ) teórico =8.85^ ×^10
− 12 C
2 N m 2 y como valor experimental el obtenido de la gráfica.
- Saque sus propias conclusiones. Parte 2: Determinación de la capacitancia en función de la distancia entre las placas (dieléctrico el aire). Utilice el área de las placas de 300 mm^2 : En esta parte utilizaremos la Figura 6. Desconecte la batería. Ajuste la tensión a 1.5 V.
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- A partir de los datos registrados, realice el gráfico de (C versus d). Qué puede concluir de estos gráficos.
- Con el fin de linealizar la curva anterior, realice el gráfico de C/pF versus 1/d.
- Interprete este nuevo gráfico y determine la permeabilidad del espacio libre ( ε ¿¿ 0 )¿.
- Determine el porcentaje de error de la permeabilidad tomando como valor teórico
( ε 0 ) teórico =8.85 × 10
− 12 C
2 N m 2 y como valor experimental el obtenido de la gráfica.
- Saque sus propias conclusiones. Parte 3: Medición de la carga en función del voltaje aplicado entre las placas: En esta parte utilizaremos la Figura 6. Ajuste la tensión a 0.0 V. Ajusta el área de placas del capacitor en A = 400 mm^2. Este valor se mantiene constante durante el experimento. Ajuste la distancia d entre las placas a 2.0 mm. Este valor no debe cambiar durante esta parte del experimento. Asegúrese que su capacitor está descargado. Debe verificarlo con el voltímetro. Active gráficos de barra en el simulador con el fin de que se active el medidor de carga de la placa superior. Esto se indica en el siguiente gráfico. Conectar la batería a las placas del capacitor. Conecte el voltímetro entre las placas del capacitor teniendo en cuenta su polaridad. Cierre el interruptor y registre el valor de carga del capacitor. Anote este valor en la Tabla 6.3.
Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia PBX: (5) 319 7010 Ext.: 1106- [email protected] www.uniatlantico.edu.co A continuación, aumente el voltaje entre las placas y llene la Tabla 6.3. Asegúrese que el ultimo valor registrado del voltaje sea de + 1.5 V. Abra el interruptor y apague la fuente. Tabla 6.2: La carga Q registrada en función de la tensión aplicada V en el capacitor (A = 400 mm^2 y d = 2.0 mm). V/V Q/pC
- A partir de los datos registrados, realice el gráfico de (Q versus V). Qué puede concluir de estos gráficos.
- A partir del gráfico obtenido determina la capacitancia (C) del capacitor.
- Con el valor obtenido de la capacitancia anterior, encuentre la relación de (A/d ) y calcule su porcentaje de error. Para ello tome como valores teóricos los dados en esta parte del experimento y como valor experimental el obtenido en este numeral.
- Saque sus propias conclusiones. Parte 4: Variación del voltaje aplicado entre las placas de un capacitor en función del tiempo de descarga del capacitor. En esta parte utilizaremos la Figura 6.
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- Realice un gráfico V versus t. ¿Qué puede concluir de este gráfico?
- Realice el mejor ajuste a estos datos. ¿Qué comportamiento tiene la gráfica?
- Calcule el valor de la resistencia de la bombilla.
- Saque sus propias conclusiones. EVALUACIÓN Y RESULTADOS ¿De manera general qué puede concluir del experimento? REFERENCIAS [1] MCKELVEY John P., GROTCH Howard. Física para Ciencias e Ingeniería 2. Primera edición, Ed. Harla, 1978. [2] SERWAY Raymond. A. y BEICHNER Robert J. Física para Ciencias e Ingeniería. Quinta edición. Tomo II. México: Mac Graw-Hill, 2002. [3] YOUNG Hugh D. y FREEDMAN Roger A. SEARS - ZEMANSKY Física universitaria, con Física moderna. Vol. 2. Décimo segunda edición. México: Pearson Education, 2009. [4] CROWELL Benjamin. Electricity and magnetism. Light and Matter Series. U.S.A.
[5] GUSSOW Milton. Fundamentos de Electricidad. Primera edición, Mac Graw-Hill.
