¡Descarga Práctica 5: Constantes dieléctricas y capacitancia en Lab. Electricidad y Magnetismo UNAM y más Apuntes en PDF de Análisis de Circuitos Electrónicos solo en Docsity!
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE
MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
LABORATORIO DE
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
Practica 5 Constantes^ dieléctricas^ y^ capacitancia
Profesor: María^ del^ Carmen
Melo Diaz
Grupo: 6
Brigada 6
Número de lista
Integrantes: Del^ Monte^ Díaz^ Bryan Jesús
Eduarte Chaires Pedro Damián
Molina Sánchez Arturo #
Ponce Luis Carlos Emilio #
Sánchez Perea Miguel Ángel
Calificación
Fecha de realización (^21) - 03 - 2023
Fecha de entrega (^27) - 03 - 2023
Semestre 2023 - 2
8
Manual de prácticas del Laboratorio de Electricidad y Magnetismo
Código: MADO- 15 Versión: 05 Página 38 / 116 Sección ISO 8. Fecha de emisión 11 de agosto de 2022
Facultad de Ingeniería (^) Laboratorio de Electricidad y MagnetismoÁrea/Departamento:
La impresión de este documento es una copia no controlada
Práctica 5
Constantes dieléctricas y
capacitancia
Manual de prácticas del Laboratorio de Electricidad y Magnetismo
Código: MADO- 15 Versión: 05 Página 40 / 116 Sección ISO 8. Fecha de emisión 11 de agosto de 2022 Facultad de Ingeniería (^) Laboratorio de Electricidad y MagnetismoÁrea/Departamento: La impresión de este documento es una copia no controlada
La rigidez dieléctrica de un dieléctrico depende de las propiedades físicas del material y de la diferencia de potencial aplicada.
La capacitancia de un capacitor no depende de su carga almacenada ni de la diferencia de potencial aplicada, sino de factores geométricos del dispositivo.
4. Equipo y material
Foto 1. Fuente de 0-60 [V] y 0-3.3 [A] de cd.
Foto 2. Puente de impedancias.
Foto 3. Multímetro digital con cables.
Foto 4. Calibrador con vernier.
Foto 5. Muestras de cartón, hule y madera.
Foto 6. Foco de 6.3 [V] y capacitor de 1[F].
Foto 7. Caja para prueba de rigidez dieléctrica.
Foto 8. Autotransformador (Variac).
Manual de prácticas del Laboratorio de Electricidad y Magnetismo
Código: MADO- 15 Versión: 05 Página 41 / 116 Sección ISO 8. Fecha de emisión 11 de agosto de 2022 Facultad de Ingeniería (^) Laboratorio de Electricidad y MagnetismoÁrea/Departamento: La impresión de este documento es una copia no controlada
Foto 9. Capacitor de placas planas y paralelas.
Foto 10. Muestras de vidrio, hule y acrílico.
Foto 11. Regla graduada de plástico.
Foto 12. Cables para conexión (proporcionados por los alumnos).
Foto 13. Capacitor de placas planas y paralelas.
Modelo matemático
𝐶[𝑝𝐹] = 𝑚 [ 𝜌𝐹 𝑚 ] 1 𝑑 [ 1 𝑚 ] + 𝑏[𝜌𝐹]
𝐶[𝑝𝐹] = 0.2358 [
𝜌𝐹 𝑚 ]
1 𝑑 [^
1 𝑚]^ +^19.^28 [𝜌𝐹]
𝑚 = 𝜀 0 𝐴 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐴 = 𝜋(10^2 ) = 314.15[𝑐𝑚^2 ] = 0.031415[𝑚^2 ]
𝜀 0 =
𝑚 𝐴 =^
0.2358[𝜌𝐹] 0.031415[𝑚^2 ] = 7.505 × 10
−12 (^) [ 𝐶
2 𝑁𝑚^2 ]
%𝐸 = |
8.85 − 7. 8.85 | × 100 = 15.19%
b) Capacitancia en función del área
Área (0.0 314 15)[ 𝒎𝟐 ] C[pF] 1 (0.03145) 43. ¾ (0.023561) 27. ½ (0.015707) 24. ¼ (0.007853) 23.
y = 0.2358x + 19. R² = 0.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150 200 250
CAPACITANCIA
1/D
Modelo matemático
𝐶[𝑝𝐹] = 𝑚 [
𝜌𝐹 𝑚^2 ]^ 𝐴 [𝑚^2 ] (^) + 𝑏[𝜌𝐹]
𝐶[𝑝𝐹] = 798.34 [ 𝜌𝐹 𝑚^2 ] 𝐴[𝑚^2 ] + 14. 05 [𝜌𝐹]
𝑚 =
𝜀 0 𝑑 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒^ 𝑑 = 0.01[𝑚]
𝜀 0 = 𝑚𝑑 = |(798.34)𝜌𝐹[𝑚]| = 7.9834 × 10−12^ [
𝐶^2 𝑁𝑚^2 ]
%𝐸 = |
8.85 − 7. 8.85 | × 100 = 9.79%
Conclusiones del experimento
Con nuestras graficas anteriores se puede observar que los capacitores van a tener una relación entre sus componentes geométricos, como lo son el área y la distancia entre placas, diciéndonos que si aumenta el área de las placas se aumenta la capacitancia, pero si aumenta la distancia disminuye la capacitancia, pudiendo enunciar esta relación de la siguiente manera: la capacitancia va a ser directamente proporcional al área de las placas e inversamente proporcional al área de las mismas. Se expresa de la siguiente manera la relación de estos componentes geométricos de los capacitores:
𝐶 =
y = 798.34x + 14. R² = 0.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.
Capacitancia [pF]
A[m^2]
no se pide
las conclusiones sólo en el espacio designado 1/
Actividad 3 Campo eléctrico de ruptura
Con el equipo propuesto, determina el campo eléctrico de ruptura del aire y de las distintas muestras de materiales. Elabora una tabla para el registro de resultados.
Equipo y material a. Multímetro digital con cables. b. Autransformador (variac). c. Caja para prueba de ruptura.
d. Muestras de madera, hule y cartón.
En el siguiente espacio anota lo solicitado.
Material (^) 𝑑[𝑚] 𝑉𝑚𝑎𝑥[𝑉] 𝐸𝑟𝑢𝑝 =
[
]
Hule 0.00368 111.8 3206. Cartón 0.00143 54 37762. Madera 0.00273 45 16483. Aire 0.005 55 11000 Aire 0.01 88 8800
Conclusiones del experimento
Se pudo presenciar experimentalmente el campo eléctrico de ruptura de los distintos materiales, esto como consecuencia de que al haber mucha carga eléctrica se ioniza el material y con ello se vuelve un conductor haciendo que se transmita la carga (esto al ver que se genera una chispa en el material).
Actividad 4 Utilidad del capacitor y cálculo de la energía
Conecta el capacitor de 1[F] a las terminales de la fuente de corriente directa (cd) proporcionándole una diferencia de potencial de 5[V] durante 3 minutos. Después conecta el capacitor a los extremos del foco y observe lo que sucede. Determina la energía proporcionada por el capacitor al foco a partir de principio de conservación de la energía.
Equipo y material a. Fuente de poder de 60[V] a 0- 3.3[A] de cd. b. Multímetro digital con cables. c. Foco de 6.3 [V] y capacitor de 1 [F].
d. Cables para conexión (proporcionados por los alumnos).
En el siguiente espacio anota tus resultados.
Energía almacenada
𝐶𝑉^2 =
1𝐹[𝑉] = 12.5[𝐽]
Energía almacenada
𝑈𝐷 = 𝑉𝐼∆𝑡 = 5𝑉𝐴[𝑠] = 45[𝐽]
Conclusiones del experimento
Se logró determinar la energía proporcionada por el capacitor al foco a partir del principio de la conservación de la energía, el cual requirió de una serie de cálculos que fueron obtenidos gracias al desarrollo de esta actividad. Observamos la transferencia potencia almacenada que logro encender el foco por cierto tiempo, que al transcurrir dicho tiempo podíamos observar como disminuye poco a poco la intensidad luminosa y todo esto gracias a una fuente de poder.
la corriente no es la misma todo el tiempo
