Laboratorio de Física General, Departamento de Formación Básica, Escuela Politécnica Nacional

Práctica 03: Capacitancia

Juan David Chulde Quel, GR7, juan.chulde@epn.edu.ec

Laboratorio de Física General, Departamento de Formación Básica, Escuela Politécnica Nacional

Dr. Fausto Ávalos, martes 11 de junio de 2019, 09H00-11H00

Resumen– En esta práctica se realizó la medición, con el uso de un multímetro, de la capacitancia de un capacitor de placas paralelas en diferentes casos: Con y sin dieléctricos. En el caso de “vacío” entre las placas medimos la capacitancia variando la distancia. Se observó que la capacitancia de disminuye al aumentar la distancia que separa las placas paralelas y también experimenta un cambio en función del dieléctrico que se coloque entre estas.

I.  Introducción

Podemos comenzar conceptualizando lo que es un capacitor, también conocido como condensador eléctrico es un dispositivo que tiene la función de almacenar energía eléctrica y que, para nuestro caso, está formado por dos placas conductoras separadas paralelamente. A estas placas de las somete a cierto voltaje para que queden cargadas con la misma magnitud y diferente signo de carga. Gracias a la separación que existe entre dichas placas se almacena la energía por la falta de contacto entre las placas. La capacitancia puede ser descrita matemáticamente como:

                                           (1)[pic 1]

Donde:

C=Capacitancia

Q=Carga eléctrica almacenada

=Diferencia de potencial entre las placas cargadas[pic 2]

Cuya unidad de medida es el Faradio  igual a.[pic 3][pic 4]

Además, existe una expresión para la capacitancia si se considera vacío el espacio entre las placas y que la distancia que las separa es mínima respecto a su área, a esta capacitancia la podemos obtener como:

                                       (2)[pic 5]

Donde:

d= Distancia entre las placas

A= Área de las placas

= Permitividad del vacío (constante)[pic 6]

Como en nuestra práctica analizamos y medimos la capacitancia entre las placas separadas por un dieléctrico, es necesario definir qué es un dieléctrico.

Un dieléctrico es un material aislante que al someterse a un campo eléctrico (en este caso el producido por las placas) se polariza formando una alineación entre sus dipolos, esto genera un aumento en la capacitancia del capacitor ya que esto reduce el campo eléctrico generado y en consecuencia el voltaje.

La expresión que describe la capacitancia de un capacitor de placas paralelas separadas por un dieléctrico es la siguiente:

                                (3)[pic 7]

Donde k es la constante dieléctrica del material dieléctrico dependiente de las características del mismo y está dada por:

                                   (4)[pic 8]

Donde:

=Capacitancia inicial[pic 9]

C= Capacitancia con el dieléctrico

Analizando las ecuaciones que describen la capacitancia para un capacitor del caso de nuestro estudio podemos observar que esta capacidad de almacenar energía únicamente depende la geometría de las placas (A) y de la distancia que las separa (d). Para el caso de que exista un dieléctrico entre las placas, depende también de la constante (k) del dieléctrico en cuestión. 

II. Metodología

        Experimento 1: Capacitancia vs distancia

Materiales:

• Multímetro
• Capacitor de placas paralelas circulares

Procedimiento:

Se realizaron las cinco apreciaciones de la capacitancia del capacitor circular de 13 cm de radio, variando la distancia entre las placas, las distancias fueron 0.3 cm, 0.5cm, 0.6cm, 0.8cm, 0.9cm y 1cm. Con la ayuda del multímetro, y los correspondientes cables.

Tab1. Distancia vs Capacitancia (Practico)

Ejemplo de cálculo de la capacitancia.

[pic 12]

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