Informe Combinaciones de Capacitores en Serie y en Paralelo [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

COMBINACIONES DE CAPACITORES EN SERIE Y EN PARALELO Mayerlys Lozano, Dairon Pacheco, Julian Pacheco,Kevin Villa, Jose Varela Ingeniería de sistemas, Ingeniería Civil, Ingeniería Civil, Ingeniria Civil, Ingenieria Eléctrica Laboratorio de Física Campos Grupo: FD

Resumen Durante esta experiencia de laboratorio de física de campos el tema a tratar fueron los capacitadores en serie y paralelo. Para la realización de este se utilizaron elementos como los capacitadores, multímetros, fuentes de voltaje, protoboard y 2 caimanes, en donde se determinó la capacitancia y el voltaje de cada capacitador. Además se establecieron los tipos de circuitos en serie,paralelo, mixto en donde se midió cada voltaje del capacitador. Palabras Clave: capacitadores, voltaje, circuitos, capacitancia Abstract During this field physics laboratory experience, the topic to be dealt with was serial and parallel trainers. For the realization of this, elements such as capacitors, multimeters, voltage sources, breadboard and 2 alligators were used, where the capacitance and voltage of each capacitor were determined. In addition, the types of series, parallel, and mixed circuits were established where each capacitor voltage was measured. Keywords: capacitors, voltage, circuits, capacitance 1.

Introducción

capacitores están formados por dos superficies conductoras, que se encuentran separadas por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante), o por vacío sometido a una diferencia de potencial [1, 2, 3]. Por lo general, pueden tener una geometría rectangular (placas paralelas), esférica o cilíndrica. Los capacitores se pueden usar entre otras cocas para almacenar energía y para producir campos eléctricos de diferente configuración. Los condensadores se caracterizan por su capacitancia ( C ), la cual representa la cantidad de carga en coulomb (C) por unidad de voltaje en voltios (V) que se separa en las placas del capacitor a estos ser conectados a una fuente de energía eléctrica o como decimos a un voltaje:

Mediante el siguiente informe se pretendió llevar acabo los conceptos aplicados en el salones de clases levados a la práctica donde se identificó que un Condensador es un dispositivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. está formando está formado por un par de superficies conductoras, Generalmente en forma de láminas o placas, En situaciones de influencia total separadas por un material dieléctrico El vacío; estos pueden ser ubicados en serie, cuando la carga es la misma y su voltaje diferente y paralelo donde la carga es diferente y el voltaje es igual..

2.

Fundamentos Teóricos

C=

Los capacitores son dispositivos que se usan en la gran mayoría de circuitos eléctricos, los cuales son componentes de todos los equipos industriales que utilizamos hoy en día. Los

q V

La unidad de medida de la capacitancia en el sistema internacional es el faradio (F). Sin

1

UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA embargo, 1 faradio es una cantidad muy grande, por lo que en la práctica se suele indicar pequeñas cantidades como: microfaradios (µF=10-6 F), nanofaradios (nF= 10-9 F) o picofaradio (pF= 10-12 F).

Figura 1: Símbolos condensadores

eléctricos

para

Figura 3: Combinación de condensadores en paralelo. Cuando se tiene esta configuración, la diferencia de potencial a través de cada capacitor es la misma, igual a la que suministra la fuente, pero la carga en cada uno de estos es diferente. Se pueden obtener una capacitancia equivalente que represente todos los condensadores del circuito, esta se calcula como:

los

En algunas ocasiones, los condensadores se pueden conectar de diferentes formas en un circuito eléctrico, ya sea en serie o en paralelo.

Ceq=C 1+ C 2+…+C 3 La capacitancia equivalente de una combinación de condensadores en serie siempre es mayor que cualquier capacitancia individual en la combinación. 3. Desarrollo experimental

a) Condensadores en serie En esta configuración, los condensadores se encuentran distribuidos uno a continuación de otro, tal como se muestra en la figura 2.

Para la realización de esta experiencia de laboratorio se hizo uso de los siguientes materiales.  

Figura 2: Combinación de condensadores en serie. Cuando se tiene esta configuración, la carga que hay en cada capacitor es la misma, pero la diferencia de potencial en cada uno de estos es diferente. Se pueden obtener una capacitancia equivalente que represente todos los condensadores del circuito, esta se calcula como:

  

Protoboard Condensadores de capacitancias Fuentes de voltaje DC Multímetro Cable

diferentes

1) Se realizó un reconocimiento de los condensadores a utilizar, se anotaron los valores de la capacitancia(teórica) y voltaje máximo de operación en la tabla 1

1 1 1 1 = + + …+ Ceq C 1 C 2 Cn La capacitancia equivalente de una combinación de condensadores en serie siempre es menor que cualquier capacitancia individual en la combinación.

Capacitancia (F) C1 C2 C3

b) Condensadores en paralelo Cuando se tienen condensadores en paralelos, cada uno de estos comparte dos puntos de la conexión, como se ilustra en la figura 3.

2 μF 6 μF 9 μF

Voltaje máximo 12 V 12 V 12 V

2) Con la ayuda del protoboard, se realizo un respectivo montaje el cual lo clasificamos como montaje 1 el cual se ilustra en la figura 4, teniendo en cuenta los colores asignados a los cables para conectar la fuente; (Cable rojo: mayor potencial, Cable negro: menor potencial)

2

UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

Figura 4: Montaje 1 (capacitores en paralelo) 3) Se conectó el interfaz de PASCO CAPSTON a la computadora y se colocó una entrada de 12 V. después conectamos el sensor diferencia de potencial en el canal del interfaz con el fin de conocer el voltaje a través de cada capacitor. Una vez inicie el software PASCO, este detectará automáticamente el sensor. 4) Se procedió a medir la diferencia de potencial a través de cada capacitor y se reportó sus resultados en la tabla 2. teniendo en cuenta que el sensor mide la diferencia de potencial entre dos puntos y éste se debe conectar en paralelo.

Figura 5: Montaje 2 (capacitores en serie)

Voltaje (V) V(C1) 7.7 V(C2) 2.58 V(C3) 1.72 Tabla 3: Diferencia de potencia a través de cada condensador montaje 6) Con un multímetro medimos la capacitancia equivalente para cada montaje, para esto desconectamos los terminales de la fuente en el circuito remplazando los terminales de dicha fuente por los del multímetro.

Voltaje (V) V(C1)

12v

V(C2)

12v

V(C3)

12v

4. Análisis de resultados Al analizar los resultados obtenidos en el experimento realizado, se pueden dar respuesta a las preguntas dadas en la guía.

Nota: no hay diferencia potencial porque en circuito paralelo los voltajes son los mismos Tabla 2: Diferencia de potencia a través de cada condensador montaje 1

A) A partir de la tabla 1, calcule la capacitancia equivalente para los montajes 1 (paralelo) y montaje 2 (serie) usando las ecuaciones (2) y (3).

5) Se realizó el diagrama que se muestra en la figura 5 en el protoboard, mediante el cual se repitió el procedimiento anterior y se reportó en la tabla 3.

Ceq(F)

paralelo

Serie

17 μF

0,77 μF

B) Usando la información de las tablas (1), (2) y (3), y con la ayuda de la ecuación (1), calcule la carga que hay en cada condensador para ambas configuraciones (serie y paralelo). Reporte sus resultados en la siguiente tabla.

3

UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

Capacita ncia C1=

Volta je serie (V) 7.7V

Voltaj e parale lo (V) −5 1,54 ×10 12V

2,4 × 10−5

5. Conclusión

2.58 V

−5 1,548 ×1012V

7.2 ×10−5

1.72 V

−5 1 ,548 × 1012V

1,08 ×10−4

•Observamos que en los capacitores en serie la suma de sus voltajes es equivalente al voltaje de la fuente generadora. •En los paralelos cuando el suiche está en la posición B el voltaje obtenido de cada capacitor es igual al del otro. •Las cargas totales de los circuitos en serie y en paralelo de cada capacitor son casi iguales o se acercan al valor total de la capacitancia

2 μF C2=

6 μF C3=

9 μF

Carga (C)

condensador fallara y se apagará pero el cable seguirá conectado y esto puede terminar afecta el circuito entero provocando un posible incendio

Carga (C)

¿Qué sucede con los valores de voltaje a través de cada capacitor en los montajes 1 y 2? R/sucede que los valores del voltaje varían, ya que este es inversamente proporcional a la capacitancia, ósea cuando tiene menor capacitancia mayor será el voltaje.

¿Cuál es la regla general para los voltajes y la carga de un capacitor, cuando se conecta en serie y en paralelo? ¿Se cumple dicha regla en base a sus resultados? R/La regla es que entre mayor voltaje menor carga del capacitor, y esto se cumple en nuestros resultados.

Bibliografía [1]. Douglas C, Giancoli. Física para ciencias e ingeniería con física moderna, Cuarta edición, Vol. 2, Person educación. (2009). [2] Serway – Jewett, Física para ciencias e ingenierías con física moderna, séptima edición, Vol. 2, CENAGE Learning. (2005). [3] Sears – Semeansky, Física universitaria con física moderna, Decimosegunda edición, Vol. 2, Pearson educación. (2009)

d) ¿Qué representa el voltaje máximo en un condensador? R/ Representa el voltaje de ruptura es aquel voltaje máximo que se puede aplicar a los terminales del condensador. e) Las placas de un condensador están conectadas a una batería mediante dos cables conductores ¿qué le sucede a la carga se los cables se retiran de la batería y se conectan entre sí? R/ No les pasa nada a las cargas cuando los conductores se desconectan. Si los cables estuvieran conectados entre sí, las cargas en el conductor que ahora existe se moverían entre los cables y las placas F) Un par de condensadores están conectados en paralelo, en tanto que otro par de condensadores idénticos están conectados en serie. ¿Cuál de estos resulta ser más peligroso después de haber sido conectado a la misma batería R/El que está más peligroso es el de paralelo debido a que al momento de un corto circuito, el

4

UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

5