Laboratorio 6 Fisica - Nota: 4 PDF

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Analizar la relación entre la intensidad de campo eléctrico y la diferencia de potencial de las placas de un condensador de placas paralelas, manteniendo constante la distancia de separación entre ellas...

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Laboratorio N° 6 “Condensador De Placas Paralelas”

Universidad Francisco De Paula Santander Física Electromagnética San José De Cúcuta

INTRODUCCIÓN

Un condensador es un dispositivo que almacena carga eléctrica; y esta compuesto de dos conductores próximos uno a otro, cargados uno positivamente y otro negativamente, la magnitud de la carga es del mismo valor. El presente trabajo muestra el análisis de un condensador de placas paralelas. Primero se analiza con una distancia de separación de las placas constante, variando el voltaje y el campo eléctrico. Luego, se analiza el condensador con un voltaje constante, variando la distancia y el campo eléctrico. Finalmente se mantiene constante el campo eléctrico variando el voltaje y la distancia.

OBJETIVO GENERAL  Analizar el funcionamiento de un condensador elemental

OBJETIVOS ESPECIFICOS  Analizar la relación entre la intensidad de campo eléctrico y la diferencia de potencial de las placas de un condensador de placas paralelas, manteniendo constante la distancia de separación entre ellas  Analizar la relación entre la intensidad de campo eléctrico y la separación entre las placas de un condensador de placas paralelas, manteniendo constante la diferencia de potencial entre ellas

MARCO TEÓRICO Dos conductores separados por un aislante (o vacío) constituyen un capacitor. En la mayoría de las aplicaciones prácticas, cada conductor tiene inicialmente una carga neta cero, y los electrones son transferidos de un conductor al otro; a esta acción se le denomina cargar el capacitor. Entonces, los dos conductores tienen cargas de igual magnitud y signo contrario, y la carga neta en el capacitor en su conjunto permanece igual a cero. El campo eléctrico en cualquier punto de la región entre los conductores es proporcional a la magnitud Q de carga en cada conductor. Por lo tanto, la diferencia de potencial V ab entre los conductores también es proporcional a Q. Si se duplica la magnitud de la carga en cada conductor, también se duplican la densidad de carga en cada conductor y el campo eléctrico en cada punto, al igual que la diferencia de potencial entre los conductores; sin embargo, la razón entre la carga y la diferencia de potencial no cambia. Esta razón se llama capacitancia C del capacitor: C=

Q V

La forma más sencilla de un capacitor consiste en dos placas conductoras paralelas, cada una con área A, separadas por una distancia d que es pequeña en comparación con sus dimensiones. Cuando las placas tienen carga, el campo eléctrico está localizado casi por completo en la región entre las placas. El campo entre esas placas es esencialmente uniforme, y las cargas en las placas se distribuyen de manera uniforme en sus superficies opuestas. Este arreglo recibe el nombre de capacitor de placas paralelas. La carga por unidad de área en cada placa es =Q/A. Si las placas están muy cercanas una de la otra, podemos despreciar los efectos de los extremos y supones que el campo eléctrico es uniforme entre las placas y cero en cualquier otro lugar. El campo eléctrico entre las placas está dado por: Q E= ❑ = ❑ A

RESULTADOS EXPERIMENTALES Tabla 1. D=4 cm. V 20 40 60 80 100 120

E 0.55 1.09 1.63 2.16 2.70 3.24

d(cm) 4 6 8 10 12 14

E 0.53 0.36 0.26 0.21 0.17 0.14

V 25 50 75 100 125

d(cm) 4 8.5 12.5 15.5 18.5

Tabla 2. V=20V

Tabla 3. E= 0.64

ANALISIS

1. Elabore un gráfico de campo eléctrico vs voltaje cuando la distancia de separación entre las placas es fija. 2. V 20 40 60 80 100 120

E 0.55 1.09 1.63 2.16 2.70 3.24

campo electrico vs voltaje 3.5 3 2.5 campo electrico vs voltaje

2 1.5 1 0.5 0 0

20

40

60

80

100 120 140

2. determine la pendiente de esta gráfica. m=

100−40 =37.26 2.70−1.09 3. Como es la relación entre el campo eléctrico de las placas del condensador y el voltaje aplicado.



El campo eléctrico es directamente al voltaje aplicado en una distancia fija, mientras uno aumenta el otro también lo hace

4. Si se hubiese tomado datos con una distancia entre las placas del condensador diferente cambiaría la pendiente de esta gráfica? Explique.



Si cambiaría la pendiente de la gráfica, pues el valor de la pendiente es la distancia de separación de las placas, y si esta distancia es mayor la pendiente seria mayor, pero si fuese menor la pendiente también sería menor.

5. Grafique con los datos de la tabla 2, la relación entre el campo eléctrico y la distancia de separación de las placas del condensador cuando el voltaje es constante.

Tabla 2. V=20V d(cm) 4 6 8 10 12 14

E 0.53 0.36 0.26 0.21 0.17 0.14

Tabla 2 V=20V 0.6 0.5 0.4 Tabla 2 V=20V 0.3 0.2 0.1 0 2

4

6

8

10

12

14

16

6. Determine la pendiente de esta gráfica. ¿Que representa? Pendiente=

0.14− 0.53 = -0.039 14 −4

En esta gráfica, podemos observar que cuando aumentábamos las distancias entre las placas, el voltaje también aumentaba. Esto se debe a que al aumentar la distancia, la capacitancia disminuye, y por lo tanto el voltaje aumenta. En la gráfica, los picos son los instantes en que se separan y se vuelven a unir las placas. 7. ¿Cómo es la relación entre el campo eléctrico entre las placas del condensador y la distancia de separación entre ellas?

Cuando variamos la distancia entre placas, el valor de la capacitancia disminuye, gracias a la relación que existe entre la distancia y la capacitancia, encontramos que al aumentar la primera, el valor de la capacitancia disminuye. Por otra parte, como Q=CV, cuando la diferencia de potencial la mantenemos constante y la capacitancia va disminuyendo por el aumento en la distancia, vemos que la carga depende directamente del valor que tome la capacitancia, y si esta disminuye entonces la carga también va a disminuir. En el caso que se disminuya la distancia entre las placas y la capacitancia aumente entonces el valor de la carga va a aumentar. 8.

Con la tabla 3 elabore un gráfico de Voltaje vs distancia entre las placas.

TABLA 3. E = 0.60

V

D(cm)

25

4

50

8,5

75

12,5

100

15,5

125

18,5

DISTANCIA

Voltaje Vs Distancia 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

Voltaje Vs Distancia

20

40

60

80 VOLTAJE

100

120

140

9. Determina la pendiente de esta gráfica. Qué relación obtiene? m=

y 2− y 1 x 2− x 1

m=

18,5−4 =0,145 cm 125−25

10. Si las placas de un condensador cargado, se acercan entre sí. Que sucede con la diferencia de potencial, la capacidad y la energía almacenada? 

Diferencia de potencial, aumentaría



La capacidad, aumenta debido a que entra a soportar mayor cantidad de energía.



Energía almacenada, aumenta la energía por lo tanto las placas aumentan su capacidad de soportarla debido a que el campo aumenta.

CONCLUSIONES 

la relación entre la intensidad de campo eléctrico y la diferencia de potencial es directamente proporcional, en un condensador de placas paralelas, cuando se mantiene constante la distancia de separación entre ellas



la relación entre la intensidad de campo eléctrico y la distancia de separación entre las placas, de un condensador de placas paralelas es inversamente proporcional, cuando se mantiene constante la diferencia de potencial entre ellas.

 El campo eléctrico de un condensador de placas paralelas esta dado por el cociente entre la diferencia de potencial y la distancia de separación de las mismas. E=

V d

BIBLIOGRAFÍA

 SEARS, ZEMANSKY. Decimosegunda edición

Física universitaria con

física moderna. Volumen 2....