CAPACITANCIA

OBJETIVOS
Al finalizar la práctica, el alumno:
Comprobará experimentalmente la carga y descarga de un capacitor cuando es sometido a la diferencia de potencial de una fuente.
Verificará experimentalmente:
A. La ecuación que relaciona a: la capacitancia, la carga que adquiere y la diferencia de potencial aplicada entre sus placas.
B. El comportamiento de diversos arreglos de capacitores.INTRODUCCIÓN.
La capacitancia puede definirse en términos generales como la propiedad que tiene un dispositivo eléctrico de almacenar energía cuando se le aplica una diferencia de potencial entre sus placas. Dichos dispositivos están formados esencialmente por dos placas conductoras paralelas (llamadas armaduras), separadas una distancia “d” por un dieléctrico.
Un fabricante de capacitoresdeberá tomar en cuenta para la construcción de capacitores, tres factores principales:
a) El área (A) de las placas.
b) La distancia (d) entre las placas.
c) El material aislante o dieléctrico que se coloca entre las mismas (Ɛ x).
Dichos factores afectan en forma directa a la capacitancia de un capacitor conforme a la siguiente expresión:

Dónde:
C=Capacitancia---------------------------------------------------------- (F) (Farads).
A= Área de las placas--------------------------------------------------- (m2).
D= Distancia entre las placas----------------------------------------- (m).
= Permitiviad del dieléctrico = k 0 = k (8.85 x 10-12)-------- (F-m)
En la ecuación (1), la capacitancia se determina en función de las características de construcción de capacitor, sin embargo enla literatura sobre este tema también encontramos la siguiente expresión:
----(2)
La cual define a la capacitancia como la razón de la carga Q de cualquiera de las placas y la diferencia de potencial V entre ellas.

ARREGLO DE CAPACITORES
En mucha ocasiones los diseñadores de circuitos eléctricos, necesitaron capacitores cuy valor de capacitancia no se encontraba en el mercado, por lo quese veían en la necesidad de mandar construir capacitores especiales, lo cual significaba un costo elevado.
Para evitar este problema se realizaron experimentos con diversos arreglos de capacitores a fin de que al combinar los capacitores que había en el mercado dieran un capacitor equivalente cuyo valor de capacitancia fuera la deseada (ó muy aproximada).
Resultó que un arreglo de capacitores enparalelo tenía una capacitancia equivalente igual a “la suma de las capacitancias individuales”.
(3)

Por lo que la capacidad total “aumenta”.
Para una arreglo en serie, la capacitancia equivalente es igual al “inverso de la suma de los inversos:”
(4)

Por lo que, en este caso, la capacidad total resulta “menor que el capacitor de menor valor”.

ENERGÍA ALMACENADA EN UN CAPACITOR
Se haseñalado que un capacitor tiene la propiedad de almacenar energía siendo esto consecuencia del intenso campo eléctrico que existe entre las placas, debido a su vez a la diferencia de potencial que se le aplica a las mismas. Este campo garantiza la existencia de energía (eléctrica) cuya expresión analítica es la siguiente:
(5)
Si aplicamos laecuación (3) a esta última expresión, también tenemos que la energía almacenada se puede calcular por medio de los siguientes modelos matemáticos:
(6)
(7)










LISTA DE MATERIAL Y EQUIPO

1 juego de capacitores (4.7µF)
1 Multímetro digital
2 Miliamperímetro
1 Fuente power supply model lA7100(0-150 VCD) (o fuente de consola de 0-25 VCD)
1 Interruptor 2P-1T
1Cuadro de Conexiones
2 Resistencias de 10KΩ
10 cables de conexión


DESARROLLO EXPERIMENTAL
EXPERIMENTO No.1
CORRIENTE DE CARGA Y DESCARGA DE UN CAPACITOR
Circuito: El que se indica en la figura 2.1


V= Multímetro digital (rango: 31.2 v)
V= Multímetro analógico (rango: 100 v)
PROCEDIMIENTO
1.1 Instale un...