Capacitor Con Dielectrico 3e5m4x

CAPACITOR CON DIELECTRICO 1.- OBJETIVO 

Determinación de la constante dieléctrica de un material dieléctrico midiendo capacitancia con dieléctrico de un material con un error probable del 1%.

2.- FUNDAMENTO TEORICO Capacitor eléctrico Un capacitor eléctrico es un dispositivo que almacena energía que está conformado por un par de superficies conductoras en situación de influencia total, es decir, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra. Generalmente están hechos en forma de tablas, esferas o láminas, separados por algún material dieléctrico, ya que funciona como un reductor del campo eléctrico ya que es un aislante, o por el vacío, que sometidos a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra, siendo nula la carga total almacenada. Capacitancia de un condensador La capacitancia de un condensador se define como la razón entre la magnitud de la carga en cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos y se puede expresar de la siguiente forma:

La capacitancia siempre es una cantidad positiva además de que el siempre se expresa como una cantidad positiva. Debido a que la diferencia de potencial aumenta linealmente con la carga almacenada, la proporción es constante para un capacitor. Esto quiere decir, que la capacitancia es una medida de la capacidad del capacitor para almacenar carga y energía potencial eléctrica Factores de los cuales depende la capacitancia Los factores de los cuales depende la capacitancia son el tamaño, la forma, la separación entre los conductores, el tipo de combinación (paralelas y series) y sus características geométricas (de placas paralelas, cilindro, esférico). De manera que si la separación entre las placas aumenta, disminuye la capacidad. Si el área de las placas que están frente a frente es grande, la capacidad aumenta. El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas o superficies de condensador, cuanto mayor sea la constante dieléctrica k del dieléctrico introducido, mayor será la capacidad. Si aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada

En la capacitancia de combinación en paralelo, la carga total en los capacitores conectados en paralelo es igual a la suma de las cargas en los capacitores individuales, puesto a que los voltajes a través de los capacitores son los mismos. Las cargas que ellos conducen son: Q1 = C1∆V

Q2 = C2 ∆V

Luego esto se sustituye por un capacitor equivalente con una capacitancia de C eq, , donde Ceq = C1 + C2.Este, debe tener el mismo efecto sobre el circuito que el efecto de la combinación de los individuales, es decir, que el capacitor equivalente debe almacenar Q unidades de carga cuando éste este conectado a una batería, entonces, sacando las relaciones se obtiene que C eq∆V = C1∆V + C2 ∆V. En el caso de que se extienda el tratamiento a 3 o más capacitores se obtiene que: Ceq= C1 + C2 + C3 + … Esto quiere decir que la capacitancia equivalente de una combinación de capacitores en paralelo es mayor que cualquiera de las capacitancias individuales En la capacitancia de combinación en serie, las cargas en los capacitores conectados es la misma, además, la diferencia de potencial total a través de cualquier número de capacitores conectados en serie, es igual a la suma de las diferencias de potencial a través de los capacitores individuales. Por lo tanto se tiene que: ∆V =

=

+

+…

De la formula obtenida anteriormente se saca la siguiente relación: =

+

+

+…

Esto quiere decir que la capacitancia equivalente de una combinación en serie siempre es menor que cualquier capacitancia individual en la combinación. Capacitancia de un condensador de placas paralelas En un condensador de placas paralelas, cada placa está conectada a la terminal de una batería (figura 1), que actúa como fuente de diferencia de potencial. Si el capacitor inicialmente esta descargado, la batería establece un campo eléctrico en los alambres conectores cuando se realizan las conexiones. Se centra la atención sobre la placa conectada a la terminal negativa de la batería. El campo eléctrico aplica una fuerza sobre los electrones en el alambre afuera de esta placa; esta provoca que los electrones se muevan hacia la placa. Este movimiento continúa hasta que la placa, el alambre y la terminal están todos al mismo potencial eléctrico. Una vez alcanzado este punto de equilibrio, ya no existe más una diferencia de potencial entre el terminal y la placa, y como resultado no existe un campo eléctrico en el alambre por tanto, el movimiento de los electrones se detiene. La placa ahora porta una carga negativa. Un proceso similar ocurre en la otra placa del capacitor, con los electrones moviéndose desde la placa hacia el alambre, dejando la placa cargada

positivamente. Al final, la diferencia de potencial a través de las placas del capacitor es la misma que la que existe entre las terminales de la batería.

(Figura 1)

Dieléctrico

Material eléctrico polarizado. Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Todos los materiales dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.1 Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, lamica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. En cuanto a los gases se utilizan como dieléctricos sobre todo el aire, el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre. El término “dieléctrico” (del griego dia, que significa ‘a través de’) fue concebido porWilliam Whewell en respuesta a una petición de Michael Faraday.2

Aplicaciones Los dieléctricos más utilizados son el aire, el papel y la goma. La introducción de un dieléctrico en un condensador aislado de una batería, tiene las siguientes consecuencias:



Disminuye el campo eléctrico entre las placas del condensador.



Disminuye la diferencia de potencial entre las placas del condensador, en una relación Vi/k.



Aumenta la diferencia de potencial máxima que el condensador es capaz de resistir sin que salte una chispa entre las placas (ruptura dieléctrica).



Aumento por tanto de la capacidad eléctrica del condensador en k veces.



La carga no se ve afectada, ya que permanece la misma que ha sido cargada cuando el condensador estuvo sometido a un voltaje.

Normalmente un dieléctrico se vuelve conductor cuando se sobrepasa el campo de ruptura del dieléctrico. Esta tensión máxima se denomina rigidez dieléctrica. Es decir, si aumentamos mucho el campo eléctrico que pasa por el dieléctrico convertiremos dicho material en un conductor. Tenemos que la capacitancia con un dieléctrico llenando todo el interior del condensador(planoparalelo) está dado por:

(donde

es la permitividad eléctrica del vacío)

Condensador eléctrico Para otros usos de este término, véase Condensador. Condensador

Varios tipos de condensadores Tipo

Pasivo

Principio de

Capacidad eléctrica

funcionamiento Invención

Ewald Georg von Kleist(1745)

Primera producción

Hacia 1900

Símbolo electrónico

Configuración

En condensadores electrolíticos: negativo y positivo; en cerámicos: no presentan polaridad

Un condensador eléctrico o capacitor es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando uncampo eléctrico.1 2 Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total(esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga. Constante dieléctrica  Es una propiedad macroscópica de un medio dieléctrico (material aislante) relacionado con la permitividad eléctrica (campo eléctrico que afecta y es afectado por el medio) del medio. El efecto de la constante dieléctrica se manifiesta en la capacidad total de un condensador eléctrico o capacitor, es decir, que entre conductores cargados o paredes que conforman un capacitor, al insertarse un material dieléctrico, la capacidad de almacenamiento de la carga del condensador aumenta. La constante dieléctrica k viene dada en la relación entre la capacidad inicial C 0 y la final Ck de la siguiente forma:

K=

Ck C0

C k =K C0 Cuando un material dieléctrico reemplaza el vacío entre los conductores, se puede presentar una polarización en el dieléctrico, dejando que se almacenen cargas adicionales al capacitor. HIPOTESIS EXPERIMENTAL

¨Al

introducir el dieléctrico, la capacitancia aumenta y disminuye con muy poca variación y también se debilita el campo eléctrico por eso eleva un mayor valor de la capacitancia del mismo, es decir la variación es mínima

¨

4.- INSTALACION DEL SISTEMA DE EXPERIMENTACION

CAPACIMETRO

PLACAS PLANAS

2 DIELECTRICOS DE PLASTICO

MATERIAL: Plástico

C k : Con dieléctrico

C0 : Sin dieléctrico INSTRUMENTO Capacimetro

5.- DATOS EXPERIMENTALES

N º 1 2 3 4

Ck [ pF ] 175.8 176.3 177.1 176.9

C0 [ pF ] 73.6 74.2 73.9 73.9

5

177.1

73.9

7.- CUESTIONARIO 1. ¿Qué pasa cuando introducimos el dieléctrico? R.- Al introducir la capacitancia aumenta, esto es debido a que se debilita el campo eléctrico por eso no eleva un mayor valor de capacitancia, todo esto es producido por el dielectrico con el cual se va a trabajar, en este caso fue plástico. 2.- Utilizando 2 dieléctricos de 10 mm y 26 cm de área, determinar la constante del plástico. R.-Con dieléctrico nos da 103.5 pF y sin el dieléctrico es 48.4 pF con esos valores calculamos, lo cual seria:

K=

Ck C0

Reemplazando datos:

K=

103.5 48.4

K=2.138pF pF K=2.138 En la tabla de constantes dieléctricos la constante del plástico es 2.25, nuestro resultado nos da 2.14, lo cual está cerca, por algún factor ya sea de aire o de otro fenómeno nuestro resultado no es el mismo. 3.-¿Qué pasa si utilizamos otro material? R.- En este caso utiizaremos madera con algo de otro material, y los resultados nos da Con dieléctrico nos da 99 pF y sin el dieléctrico es 3.7 pF , tomando en cuenta que el material no logro entrar en toda las placas, por ese motivo es que el resultado de este puede estar algo mal, pero esto del aumento de la capactancia es debido a que, al introducir un material aumenta la capacitancia en 3 veces mas aumenta la capacitancia que tiene el vacio. 9.- BIBLIOGRAFIA    

Enciclopedia libre Wikipedia.com www.idoub.com www.glosarios.servidor-alicante.com