carga y energía

1. PrácticoN°1 – Electromagnetismo
Andersonde losSantos – profesoradode física- CERPde Norte
Marco teórico:
Un capacitor constageneralmente de dos conductores(placas metálicas)
paralelas y separadas por una pequeña distancia en comparación a su
ancho. Si se conecta cada una de las placas momentáneamente a las bornes
de una fuente de energía eléctrica, en una de las placas aparecerá una carga
positiva (+q) y en la otra una carga negativa (-q). En un capacitor
electrolítico la corriente de fuga es relativamente alta o sea que el
aislamiento no es excelente. Son polarizados, se deberespetar la polaridad,
la capacidad aumenta a medida que el capacitor envejece. Tienen una
duración limitada.
La Capacitancia varía ligeramente con la tensión.
Los capacitores electrolíticos no se usan en circuitos de alta frecuencia, se
usan en circuitos de baja frecuencia, uso general y corriente continua.
Capacitor electrolítico: Tiene polaridad, normalmente se marca el negativo
con el signo -. El terminal negativo es el de menor longitud.
Hay que asegurarse de no conectarel capacitor entre dos puntos del
circuito cuya tensión supere la máxima que soportael capacitor.
Cada una de las placas tendrá potenciales de carga diferentes, por lo
tanto el capacitor quedará caracterizado por la diferencia de potencial de
sus placas (V). La diferencia de potencial V es el trabajo por unidad de
carga que se necesita para llevar una pequeña carga desde una placa hasta
la otra. De acuerdo a su definición, V es proporcionala la carga. En
particular la diferencia de potencial entre los dos conductoresdeun
capacitor es proporcionala las cargas Q que tienen, dondeQ es la carga
total de cada placa. Se proponeentonces:
Q = C * V

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dondela constante de proporcionalidad C recibe el nombre de
capacitancia y se mide en coulombs/volt. Esta unidad recibe el nombre de
faradio (F). La capacitancia de un capacitor depende de las formas y las
posiciones relativas de los conductores, y además del medio en el cual se
encuentren inmersos los mismos.
Puede considerarse que en un capacitor hay energía eléctrica
almacenada en el campo eléctrico generado entre sus placas. Como los
capacitores pueden concentrar campos eléctricos intensos en pequeños
volúmenes, pueden servir como dispositivos útiles para el almacenamiento
de energía.
Las placas del condensadorcuando se conectan a una fuente de
energía eléctrica comienzan a cargarse con cargas iguales y opuestas, hasta
que la diferencia de potencial entre las placas alcanza la diferencia de
tensión de la fuente. Este proceso seconocecomo carga del condensador.
Si una vez terminado este proceso seretira la fuente y se cierra un circuito
conectando conun cable conductorambos extremos del capacitor cargado,
se da inicio al proceso dedescarga. Las cargas acumuladas en el capacitor
se redistribuirán porel cable generándose una corriente eléctrica que
disminuirá conel tiempo hasta llegar a un equilibrio.
En el proceso decarga la diferencia de potencial (V) del circuito es
constante, y resulta igual a la diferencia de tensión de la fuente de energía
eléctrica. Esta puede expresarse en todo momento como la suma de las
diferencias de potenciales del capacitor (VC) y de la resistencia (VR):
V = VC + VR

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Cuando los condensadores seencuentran en paralelo, comparten sus
extremos tal y como se ve en la figura. La estructura de la izquierda puede
ser sustituida porla de la derecha en la que solo se encuentra un único
condensadorcuya capacidad es la suma de las capacidades de los
condensadores dela figura izquierda.
Una asociación en paralelo de n condensadores C1, C2, ..., CN es
equivalente a sustituirlos por un único condensadoren el que se cumple
que su capacidad C es:
C=C1+C2+...+CN
Si observas la figura cada condensadordispondrádesu propia carga Q1,
Q2 y Q3, esto provocaque entre VA y VB exista una carga total
Q=Q1+Q2+Q3. Teniendo en cuenta esto último se cumple que:
Q=Q1+Q2+Q3⇒ Q=C1⋅V+C2⋅V+C3⋅V ⇒Q=V⋅(C1+C2+C3)
Por tanto, podemos suponerque la asociación en paralelo se comporta
como un único condensadorC, de tal forma que:
C=C1+C2+C3
La capacitancia entre dos conductores quetienen cargas de igual
magnitud y de signo contrario es la razón de la magnitud de la
carga en uno u otro conductorconla diferencia de potencial
resultante entre ambos conductores.

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C = Q/V
Obsérveseque por definición la capacitancia es siempre una
cantidad positiva. Además, como la diferencia de potencial
aumenta al aumentar la carga almacenada en el condensador, la
razón Q/V es una constante para un condensadordado. Porlo
tanto, la capacitancia de un dispositivo es la medida de su
capacidad de almacenar carga y energía potencial eléctrica.
Las unidades de la capacitancia en el SI sonel Coulomb porVolt.
La unidad en el SI para la capacitancia es el faradio (F), en honor
a Michael Faraday.
El principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción
ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso
electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva. La carga
eléctrica de un sistema aislado se transfiere lo que lleva a que los cuerpos
queden conun exceso de electrones o conmenos de lo tenía anteriormente.
Objetivos:
- Analizar la energía y la carga de un sistema de dos condensadores.
- Trabajar con herramientas TICs para análisis de datos.
Materiales:
- Generador o fuente de CC (3-12v)
- Un condensadorde 1000 µF
- Un condensadorde 470 µF
- Soportepara elementos eléctricos
- Multitester
- Conexiones
Análisis de Datos:

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Teniendo en cuenta las siguientes gráficas se puede concluir que:

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Gráfica 1-
La energía inicial y final son distintas, lo cual indica que parte de la energía
eléctrica
se utilizó en el proceso decambio de circuito.
Los valeres varían en un 68% en la mayoría de los casos, conexcepción del
último caso.
Gráfica 2-
La carga inicial y la carga final son prácticamente iguales como muestra la
gráfica.
Los valores varían en un 1% en el primer caso, en los dos siguientes es
prácticamente
igual y en el último caso se nota una variación de 8 unidades mas con
respecto a los
resultados anteriores.
Webgrafía
- http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_em/capacitores_bg.pdf
- https://www.fisicalab.com/apartado/asociacion-de-condensadores#contenidos
- http://www.fisicapractica.com/energia-capacitor.php
- http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm

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