¡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 #6 Eduarte Chaires Pedro Damián #8 Molina Sánchez Arturo #20 Ponce Luis Carlos Emilio #24 Sánchez Perea Miguel Ángel #25 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 8.3 Fecha de emisión 11 de agosto de 2022 Facultad de Ingeniería Área/Departamento: Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 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 41/116 Sección ISO 8.3 Fecha de emisión 11 de agosto de 2022 Facultad de Ingeniería Área/Departamento: Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 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. 5. Desarrollo Actividad 1 Relación entre la capacitancia y los factores geométricos de un capacitor con aire como dieléctrico Con el equipo y material propuesto determina la dependencia de la capacitancia (C) con respecto de la distancia de separación (d) entre las placas. Dibuja el modelo gráfico del comportamiento de “C” con respecto de “d” (C=f(d)), manteniendo el área común máxima entre las placas; se sugiere utilizar el intervalo 1[cm] ≤ d ≤ 3[cm] , variando cada 0.5 [cm] y registrando la capacitancia correspondiente. Equipo y material a. Puente de impedancias. b. Capacitor de placas planas y paralelas. c. Regla de plástico graduada. Determina de manera cualitativa la relación de proporcionalidad que existe entre la capacitancia (C) y el área común (A) de las placas. Escribe la relación de proporcionalidad que existe entre la capacitancia y los factores geométricos: área común entre electrodos y distancia de separación entre ellos. Si la constante de proporcionalidad entre la capacitancia (C) y los factores geométricos distancia y área en este capacitor es la permitividad del aire (ɛaire), con un sólo valor de “C” determina dicha permitividad. Registra tus resultados en el recuadro. a) Capacitancia en función de la distancia d[cm] d[m] C[pF] 0.5 0.005 65.2 1 0.01 45.5 1.5 0.015 36.2 2 0.02 30.8 2.5 0.025 27.7 3 0.03 25.8 no modificar el formato pueden agregar hojas entre actividades 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 = 𝜀0𝐴 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐴 = 𝜋(102) = 314.15[𝑐𝑚2] = 0.031415[𝑚2] 𝜀0 = 𝑚 𝐴 = 0.2358[𝜌𝐹] 0.031415[𝑚2] = 7.505 × 10−12 [ 𝐶2 𝑁𝑚2 ] %𝐸 = | 8.85 − 7.505 8.85 | × 100 = 15.19% b) Capacitancia en función del área Área (0.031415)[𝒎𝟐] C[pF] 1 (0.03145) 43.2 ¾ (0.023561) 27.7 ½ (0.015707) 24.7 ¼ (0.007853) 23.3 y = 0.2358x + 19.28 R² = 0.9884 0 10 20 30 40 50 60 70 0 50 100 150 200 250 C A P A C IT A N C IA 1/D 1/2 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. 𝐸𝑟 = 𝑉𝐴𝐵 𝑑 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 = 𝑉 𝑑 [ 𝑉 𝑚 ] Hule 0.00368 111.8 3206.5217 Cartón 0.00143 54 37762.2378 Madera 0.00273 45 16483.5165 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). -1 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 𝑈𝐴 = 1 2 𝐶𝑉2 = 1 2 1[𝐹](52)[𝑉] = 12.5[𝐽] Energía almacenada 𝑈𝐷 = 𝑉𝐼∆𝑡 = 5[𝑉](0.25)[𝐴](36)[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 Bibliografía Jaramillo Morales, Gabriel Alejandro, Alvarado Castellanos, Alfonso Alejandro. Electricidad y Magnetismo. Reimpresión 2008. Ed. Trillas, México, 2008. Serway Raymond, Jewett, john W. Física para ciencias e ingeniería con física moderna. Vol 2. Séptima edición. Ed. Cengage Learning. México, 2009. Young, Hugh D., Freedman, Roger A. Sears y Zemansky Física universitaria con física moderna. Vol.2. Décimo tercera edición Ed. Pearson. México, 2013. Tipler, P. A. Física para la ciencia y la tecnología .Vol. 2. Sexta edición. Ed. Reverté, Barcelona, 2003. Resnick, Robert, Halliday, David, et al. Física. Vol. 2, Ed. Patria, México, 2011.
