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Capacitores y dieléctricos

Objetivo
Estudio de las propiedades básicas de los capacitores, la dependencia de la capacitancia con la geometría y los dieléctricos. Análisis de las características de circuitos RC.

I Actividad 1
Carga y descarga de un capacitor

Usando el circuito descripto esquemáticamente en la Figura 1, estudie las características básicas del proceso de carga y descargade un capacitor usando un

sistema de adquisición de datos asociado a una PC. Para este experimento, use un capacitor C y una resistencia R1 tal que su producto sea del orden de 10 segundos. Elija para R2 un valor de aproximadamente el doble que R1. Conecte los terminales de sistema de toma de datos en los bornes del capacitor C como muestra la Figura 1. También es útil disponer de un pulsador yasegúrese que la fuente de tensión V0 tenga un valor inferior a 10 Volt de modo de no dañar el sistema de toma de datos. Elija una frecuencia de muestreo (cuentas por segundo) del orden de RC/100. Use el pulsador para cargar el capacitor. Antes de conectar, asegúrese que un instructor revise su circuito. Grafique la dependencia de Vc como función del tiempo en escala lineal y semilogarítmica yobtenga el mejor ajuste de la curva que describe la dependencia de Vc como función del tiempo. También construya un gráfico de d Vc (t)/dt versus Vc (t). A partir de estos gráficos, determine la constante de tiempo

τ1 característica

de la

descarga del circuito R1-C. Usando este mismo procedimiento, determine la constante de tiempo de tiempo

τ2 de la carga del capacitor.

En cada caso,mida los valores de C,

Física Interactiva - S. Gil y E. Rodríguez

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R1 y R2 usando un multímetro. Repita este análisis para otro conjunto de valores R1, R2 y C. Usando sus datos y los de sus compañeros de clase, construya un gráfico de los valores de

τ

medidos experimentalmente en función de los correspondientes valores de

R.C. ¿Qué concluye de este estudio respecto de valor detiempo característicos de carga y descarga de un capacitor?

R2

V0

C

R1

Vc

A la PC

Figura 1.

I Actividad 2
Variación de la capacidad con la geometría. Usando dos placas metálicas de aproximadamente 300 a 1000 cm2 de área y distancias variables entre ellas, utilizando un multímetro con facilidad para medir capacidad, estudie la variación de la capacidad con la distanciaentre las placas. Un modo de realizar este estudio es disponer de una hoja de papel de espesor conocido. Lo cual puede realizarse midiendo el espesor de un centenar de estas hojas. Luego se procede a cortar cuadraditos de aproximadamente 1 cm2 . Estos cuadraditos se apilan en las esquinas de las placas metálicas y se mantienen en su lugar usando broches de plástico que mantengan las placas en posiciónejerciendo una presión moderada sobre las mismas pero preservando la aislación eléctrica entre las mismas. Variando el número de papelitos en las equinas se puede variar la distancia entre las placas. Para este experimento las placas deben de ser suficientemente rígidas para evitar la deformación de las mismas durante el experimento. Placas de aluminio o bronce de 1 a 2 mm de

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espesor son adecuadas, aunque se pueden usar otros metales. Determine el valor de la capacidad del sistema para a) por lo menos cinco espesores diferentes. b) Distintos valores de áreas de las placas conductoras. Un modo de variar el área en colocar las placas en paralelo usando igual espesores de papel entre ellas. Realice esta parte del experimento en aire ygrafique i) C versus. d (distancia entre placas), ii) C versus. A (área de las placas) y iii) C versus. A/d para todos los datos (puede combinar el este último gráfico datos tomados por sus compañeros). ¿Qué puede concluir a partir de estos gráficos a cerca de la variación de la capacidad con la geometría?.

I Actividad 3
Variación de la capacidad el medio dieléctrico

Usando medios aislantes...
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