CAPACITOR VARIABLE
FAC. INGENIERIA UMSA
CAPACITOR VARIABLE
CAPACITOR VARIABLE1. OBJETIVO GENERALDeterminar
experimentalmente el valor de la Constante de Permitividad absoluta
0 del vaco, como dielctrico, mediante anlisis de regresin de los
datos de distancia de separacin de placas y capacitancias
propiamente. 2. OBJETIVO ESPECIFICO Obtener datos de capacitancia
por medicin directa. Disponer de un sistema de placas paralelas con
separacin variable. Recopilar datos de capacitancia y distancia de
separacin. Obtener el valor de la constante de regresin que permita
el clculo de la Constante de Permitividad Absoluta. Comparar los
valores terico y experimental de la variable mencionada, mediante
una prueba de hiptesis.3. FUNDAMENTO TEORICO
Un capacitor, denominado tambin Condensador, es un sistema que
consta de dos placas planas no conductoras y paralelas, con
cualquier geometra, que tienen cargas de signo contrario y estn
separadas una cierta distancia, generando un espacio fsico, dentro
del cual se encuentra un material denominado Dielctrico.
Un Dielctrico, es todo material, que se organiza elctricamente,
en presencia de un campo electrosttico. Los dielctricos pueden ser
slidos, lquidos o gases.La organizacin de las cargas electrostticas
puntuales es de carcter alterno, vale decir al igual que un tablero
de ajedrez.El capacitor mostrado antes, corresponde a la forma ms
sencilla de construccin.
Una placa es fija mientras que la segunda placa es mvil, lo que
permite elegir una distancia de separacin entre placas.
Existen otros capacitores, tales como los cilndricos y los
esfricos, ambos de construccin ms laboriosa.
La capacitancia del capacitor, como de cualquier otro est dado
por la siguiente expresin:
Las unidades MKS de C son los [faradios]= [F]
Para el capacitor en estudio:
La diferencia de potencial entre las dos placas del capacitor
ser:
Reemplazando (2) y (3) en (1), se obtiene:
Con fines de realizar el ajuste de curva, la ecuacin (4) puede
escribirse de la siguiente forma:
La constante de permitividad que se determine mediante el ajuste
de curvas tendr carcter experimental y es necesario que la llamemos
0 exp, entonces; segn la ecuacin (8):
PRUEBA DE HIPOTESIS.
El valor terico de 0 es 8.85x10-12 [coulombios2/Newton-metro2],
entonces se tendr que:
La hiptesis nula ser aceptada cuando el estadstico calculado tc
sea menor o igual al t de la tabla de distribucin, caso contrario
se aceptar la hiptesis alternativa.4. EQUIPO Y MATERIAL
Los materiales y equipos utilizados en la prctica de laboratorio
fueron:
Un equipo de capacitor variable como el de la figura 1. Un
medidor de capacitancias
Una resma de papel corriente
Un protobard (tablero con orificios para conexiones)
Capacitares cermicos simples
5. SISTEMA DEL EXPERIMENTO6. PROCEDIMIENTODeterminacin de 0
(Permitividad del vaco)a) Disponga del capacitor de la figura
1.
b) Coloque los bornes de conexin en cada placa.
c) Elija cinco distancias de separacin entre placas.
d) Realice la primera separacin y mida la capacitancia con el
instrumento.
e) Haga lo mismo con las dems distancias de separacin.
f) Mida el rea de las placas.
Determinacin de (Permitividad de otro dielctrico)
Despus de realizar lo anterior:g) Repita los pasos desde a)
hasta f) con otro dielctrico (papel)
Capacitancia Equivalente
h) Conecte tres capacitares simples en serie junto con el
capacitor variable.
i) Haga uso del protoboard.
j) Lo propio con tres capacitares simples en paralelo, junto con
el capacitor variable.
k) En ambos casos mida con el instrumento, la capacitancia
equivalente.7. DATOSLos datos recopilados en la prctica de
laboratorio son:
rea de las placas = 317.31 cm2 = 0.0317 m2Dielctrico del
vaco:
TABLA 1C (pF)35.022.417.715.313.712.7
d (cm)123456
x (cm-1)10.50.330.250.200.166
Dielctrico del papel:TABLA 3
C (pF)199.0161.7115.3
d (cm)0.10.30.4
x (cm-1)103.332.5
Capacitores simples:C1=16.38 nF;C2=1.02uF;Cvariable=22.3 pF
ConexinCapacitancia Equivalente
SerieExp. 22.4 pFTeo. 22.3 pF
ParaleloExp. 1.03 uFTeo. 1.03 uF
8. CALCULOSa) Llene la tabla 1 de la hoja de datos, con valores
experimentales de C versus x.Dielctrico del vaco:
TABLA 1C (pF)35.022.417.715.313.712.7
d (cm)123456
x (cm-1)10.50.330.250.200.166
b) Realice el ajuste lineal de los datos anteriores, a la
ecuacin (5).
Convirtiendo los datos:C (F)3.5x10-112.24 x10-111.77 x10-111.53
x10-111.37 x10-111.27 x10-11
d (m)0.010.020.030.040.050.06
x (m-1)1005033.33252016.67
c) Determine kexperimental con el ajuste.
d) Determine 0 exp mediante la ecuacin (9)
e) Obtenga la ecuacin de ajuste y para cada par, determine los
valores estimados de C y llene la tabla 2 de la hoja de datos.
f) Lo anterior lo puede hacer con la misma calculadora (use las
teclas x; y)
C estimado
x (m-1)1005033.33252016.67
g) Plantee las hiptesis y establezca la t de student para un 95%
de confiabilidad y 3 grados de libertad.
h) Calcule la desviacin estndar del ajuste con la ecuacin
(11)
i) Calcule la desviacin estndar de la pendiente Sk mediante la
ecuacin (12)
j) Calcule la t mediante la ecuacin (13).
k) En base al resultado del paso anterior tome la decisin
correspondiente.
l) Repita los pasos desde a) hasta k) con otro dielctrico
(papel)
m) Llene las tablas 3 y 4 de la hoja de datos.
Dielctrico del papel:TABLA 3
C (pF)199.0161.7115.3
d (cm)0.10.30.4
x (cm-1)103.332.5
TABLA 4
C estimado
x (cm-1)103.332.5
n) Calcule C equivalente, de cada circuito armado y compare con
la lectura que le da el instrumento medidor de capacitancias.
Capacitores simples:C1=16.38 nF;C2=1.02uF;Cvariable=22.3 pF
ConexinCapacitancia Equivalente
SerieExp. 22.4 pFTeo. 22.3 pF
ParaleloExp. 1.03 uFTeo. 1.03 uF
9. RESULTADOSLos resultados obtenidos fueron:
10. OBSERVACIONESEntre las observaciones que se puede hacer
respecto a esta prctica de laboratorio son los siguientes:
Se debe tener mucho cuidado en la instalacin (cableado) del
sistema, para de esta forma evitar cualquier tipo de corto
circuito. Se debe tomar muy en cuenta, al realizar las conexiones
serie o paralelo de los componentes ya que una mala conexin
provocara destrozos en los mismos. Se debe prestar mucha atencin en
no sobrepasar la escala de medicin, de los instrumentos analgicos.
Tomando muy en cuenta la energa elctrica que se suministra con la
fuente de poder del circuito. 11. CONCLUSIONESEn el presente
laboratorio llegamos a conocer de una manera general a los
capacitares o condensadores. Se logro determinar el valor de la
Constante de Permitividad Absoluta del vaco y del otro dielctrico
como los es el papel.Se obtuvo datos de capacitancia por medicin
directa, adems se adquiri experiencia en el manejo de
condensadores, en la forma de medida de su capacitancia, la
instalacin de un sistema de placas paralelas con separacin
variable.
12. CUESTIONARIO1.- Cul es el significado fsico de la constante
de Permitividad de cualquier dielctrico?2.- Cul es la funcin
principal de un capacitor?
3.- Qu leyes de la fsica estn presentes en este experimento?
4.- Qu efecto tiene la temperatura del dielctrico, sobre los
resultados?
C estimado2.68x10-112.68 x10-112.68 x10-112.68 x10-112.68
x10-112.68 x10-11
x (m-1)1005033.33252016.67
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
FIS - 102L
1.
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_1336509032.unknown
_1336512035.unknown
_1336514907.unknown
_1336511045.unknown
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