Práctica Ingeniería Térmica

Práctica I. Permitividad eléctrica en el vacío. Carga y descarga de un condensador.

Física II

MEDIDA DE LA PERMITIVIDAD ELECTRICA DEL VACIO
1. Objetivo de la práctica
El objetivo de esta práctica es hallar el valor de la permitividad relativa del
dieléctrico o constante dieléctrica.
2. Fundamentos teóricos
Existen materiales, como los metales, en los que parte de los electrones que hayen
los átomos se pueden mover libremente por todo el material y por tanto conducen la
electricidad. Denominamos a estos materiales conductores. Mientras que otros
materiales, como el vidrio o la madera, los electrones están ligados a los átomos próximos
y no se pueden mover libremente. Estos materiales se denominan aislantes o dieléctricos.
Un condensador es un dispositivo que se utilizapara almacenar carga y energía.
Está formado por dos placas conductoras aisladas entre sí que se cargan con cargas iguales
y de signo opuesto. La capacidad C de un condensador se define como la relación entre la
carga Q que tiene cada una de las placas y la diferencia de potencial V que hay entre ellas:
=

∆

Si no hay ningún dieléctrico diferente del aire en su interior, C dependeexclusivamente de la geometría del condensador.
Un condensador típico es el denominado condensador plano. Un condensador
plano ideal está formado por dos placas conductoras paralelas, indefinidas y muy próximas
entre sí. En tales circunstancias el campo eléctrico E en su interior se puede considerar
uniforme y perpendicular a las placas siendo su capacidad:
al ser

Q=

y∆ =

ₒ

;

tenemosque:

= /∆ = ₒ

Donde A es el área de la placa, d es la separación entre las mismas y εₒ es la
permitividad en el vacío. Esta última constante describe como un campo eléctrico afecta y
es afectado por un medio. La permitividad del vacío εₒ es 8,85x10-12 F/m. La permitividad
está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de
un campo eléctrico y de esa formaanular parcialmente el campo interno del material.

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Práctica I. Permitividad eléctrica en el vacío. Carga y descarga de un condensador.

Física II

Cuando un dieléctrico se interpone entre las placas de un condensador, la
capacidad aumenta en un factor k (constante dieléctrica) que es una característica de cada
material. Así, para una misma carga en las placas (carga libre), el campoeléctrico dentro
del dieléctrico es inferior al que se produciría en el vacío. Esto es debido a una distribución
de dipolos eléctricos en su interior.
Por tanto, la capacidad de un condensador plano, donde todo el espacio entre
placas está ocupado por un mismo dieléctrico, vale

=k ₒ

3. Experiencia
Para realizar esta experiencia tomamos un condensador plano, que consta de dos
placasconductoras circulares de 25 cm de diámetro y cuya distancia de separación vamos
a variar. Con un polímetro a una escala adecuada (200 pF o 2 nF) medimos la capacidad
para varias distancias: 3 mm, 5mm, 6 mm, 8 mm y 10 mm.
Así, obtendremos los valores para representar la capacidad C en función de A/d.
Observaremos si los puntos se ajustan a una recta tal y como prevé la teoría. Una recta
cuyapendiente es la permitividad eléctrica.
Puesto que en realidad la separación d no es infinitamente pequeña en
comparación con las dimensiones de las placas, el campo eléctrico E ya no es uniforme
cerca de los bordes y parte de este campo “se extiende” fuera del condensador. Como
consecuencia, el gráfico que hagamos posteriormente no pasará por el origen.
Con el condensador sin dieléctrico y conla ayuda del téster medimos la capacidad
que tiene para las distintas separaciones entre placas.
La superficeie de las placas circulares del condensador es

=

² siendo el

diámetro de las placas 25cm, tenemos que su radios es r= 0,125m, por lo tanto: S =
0,049m².

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Práctica
Práctica I. Permitividad eléctrica en el vacío. Carga y descarga de un condensador.

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