Profesor: Ernesto Cruz Mateos

Tercer Semestre Ingeniería Electrónica

Instituto Tecnológico de Cuautla

“Electromagnetismo”

H.H. Cuautla, Morelos Octubre 2013

Cuestionario capacitancia y materiales dieléctricos

Presenta

EQUIPO 2

Oaxaca Alvarado Carlos Alexis

1. Si se le pidiera diseñar un capacitor para una situación en la cual se requiriere de tamaño pequeño y grande capacitancia, ¿Qué factores serian importantes en su diseño?

R. Un buen dieléctrico, pues éste aumenta su capacitancia; a continuación se le adjuntara los valores de los materiales dieléctricos

2. Las placas de un capacitor están conectadas a una batería ¿Qué ocurre con la carga en las placas si los alambres de conexión se quitan de la batería? ¿Qué pasa con la carga si los alambres se quitan de la batería y se conectan entre sí?

R. Cuando las terminales de un capacitor se conectan a una batería, y luego se desconectan, este almacena energía. Si las placas de un capacitor cargado se conectan por medio de un conductor, como un alambre, la carga se mueve entre

las placas y el alambre de conexión hasta que el capacitor se descarga. A menudo la carga puede observarse como una chispa visible.

3. Un Farad es una unidad muy grande de capacitancia. Calcule la longitud de un lado de un capacitor cuadrado lleno de aire que tiene una separación de placa de 1 m. suponga que tiene una capacitancia de 1F.

A= dCK∈

A=1m(1C

V)

3 (8.85−12C

m2)

A=3.766410m ²

L=19072.15m

4. Un par de capacitores se conectan en paralelo mientras un par idéntico se conectan en serie. ¿Qué par sería más peligroso de manejar después de haberse conectado a la misma fuente de voltaje? explique.

R. Los capacitores conectados en paralelos ya que estos se suman el voltaje de entrada y los que se encuentran conectados en serie dividen el voltaje entre ellos

5. Si usted se le dan tres capacitores diferentes c1, c2, c3, ¿Cuántas combinaciones diferentes de capacitancia puede usted producir?

R. Los puedes poner en serie, en paralelo o en combinaciones varias de serie paralelo

6. ¿Qué ventaja habría al usar dos capacitores idénticos en paralelo conectados en serie con otro par en paralelo idéntico, en lugar de usar un solo capacitor?

R. La capacitancia total resultante del circuito sería la misma que la de un solo capacitor, la ventaja es que se pueden usar capacitores con menor capacidad de voltaje, ya que este se repartiría entre cada malla del circuito. Si se usara un solo capacitor, este tendría que soportar un mayor voltaje.

7. ¿Siempre es posible reducir una combinación de capacitores a un capacitor equivalente con las reglas que se han desarrollado? Explique.

Todas las combinaciones posibles son:- En paralelo- En serie.

Agrupándolos en bloques y aplicando las formulas acabaras llegando a un único capacitor.

8. Puesto que la carga neta en un capacitor siempre es cero, ¿Qué almacena un capacitor?

Carga eléctrica

Un condensador (en inglés, capacitor, nombre por el cual se le conoce frecuentemente en el ámbito de la electrónica y otras ramas de la física aplicada), es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico

9. En vista de que las cargas sobre las placas de un capacitor de placas paralelas son de signos opuestos, se atraen entre sí. En consecuencia se requeriría trabajo positivo para aumentar la separación de placas. ¿Qué sucede con el trabajo externo efectuado en este proceso?

R. El trabajo externo efectuado para separar las placas, hace que la capacitancia de un capacitor varíe. Existen algunos capacitores variables, que hacen uso de un mecanismo para variar la distancia entre sus placas, lo que hace que su capacitancia varíe.

10. Explique por qué el trabajo necesario para mover una carga Q a través de una diferencia de potencial ∆v es W=

R. Porque hay que realizar una fuerza, para mover la carga, y así se define el trabajo (fuerza por desplazamiento).

Pueden existir varias formas de llegar a ese resultado y obtener el factor 1/2, la más simple para mi es considerar un capacitor , cuya capacitancia es C=q/V, entonces un incremento de potencial dV en el capacitor se debe a un incremento de carga dq, de modo quedV=(1/C)dqde modo que el incremento de energía esdU=qdV=(1/C)q*dqintegrando en U de 0 a U y en q de 0 a Q, tenemos

U=(1/C)(Q^2/2-0)=(1/C)Q^2/2

teniendo en cuenta que el Q (carga final es) Q/C=deltaV

U=(1/2)Q*delta V.

11. Si la diferencia de potencial a través de un capacitor se duplica, ¿en qué factor cambia la energía almacenada?

R. Según la información proporcionada en el libro se Searway, la energía aumenta cuando la diferencia de potencial crece, entonces si la diferencia de potencial se duplica es obvio que la energía aumenta.

12. ¿Por qué es peligroso tocar las terminales de un capacitor de alto voltaje incluso después de que el voltaje aplicado se ha eliminado?, ¿Qué puede hacerse para lograr que un capacitor se maneje con seguridad después de que se ha quitado la fuente de voltaje?

R. Es peligroso tocar las terminales de un capacitor de alto voltaje aún cuando no se está alimentando porque dicho dispositivo actúa como un almacenador de voltaje y cuando se tocan las terminales, nuestro cuerpo actúa como un conductor y para un capacitor como un descargador de voltaje, y cuando entramos en contacto con el capacitor, este libera el voltaje almacenado y ya que el capacitor trabaja con altos voltajes, la descarga puede ser fatal.

La mejor opción para trabajar de manera segura un capacitor de alto voltaje cargado, es manipular el dispositivo con guantes especiales o si no se tienen, envolver las manos con alguna bolsa de plástico o un material aislante.

13. Describa cómo puede aumentar el voltaje de operación máxima de un capacitor de placas paralelas para una separación de placa fija.

R. Se supone que al llegar a la máxima carga que soporta el capacitor, entre las placas ocurre una descarga, entonces lo que se puede hacer es agregar un material dieléctrico entre las placas para aumentar el voltaje de operación máxima, pero sólo se podría aumentar en un %10 aproximadamente después de llegar al máximo establecido, porque puede ser que se queme el dispositivo o en la mayoría de los casos explote.

14. Un capacitor lleno de aire se carga, luego se desconecta del suministro de energía eléctrica, y por último se conecta a un voltímetro. Explique cómo y por qué las lecturas de voltaje cambian cuando se inserta un dieléctrico entre las placas del capacitor.

R. Las lecturas del voltaje del capacitor en el voltímetro cambian cuando se le inserta un dieléctrico debido a que el agente que interactúa con el dieléctrico al ser insertado, provoca trabajo negativo sobre el mismo, y dicho coloquialmente, las propiedades del material dieléctrico cambian y hace que el voltaje del capacitor también sufra cambios, y dependiendo del agente que inserta el dieléctrico es si aumenta o disminuye el voltaje.

15. Con la descripción de la molécula polar de un dieléctrico, explique como un dieléctrico afecta el campo eléctrico en el interior de un capacitor.

R. Los dieléctricos se emplean en el capacitor para separar las placas, eso hace que disminuya su campo eléctrico e incrementa su capacidad y la diferencia de potencial entre las mismas. La constante dieléctrica es la propiedad que describe el comportamiento de un dieléctrico en un campo eléctrico y explica que tanto el aumento de la capacidad de un capacitor como el índice de refracción de un material trasparenten.

16. Explique por que un dieléctrico aumenta el voltaje de operación máximo de un capacitor aunque el tamaño físico de este no cambie.

R. Porque el agente que interactúa con el material dieléctrico al ser insertado, tiene propiedades aislantes y esto hace que el dieléctrico se refuerce en dichas propiedades y esto permite que el voltaje no se pierda y al contrario aumente, aunque el tamaño físico no cambie.

V

17. ¿Cuál es la diferencia entre resistencia dieléctrica y la constante dieléctrica?

R. En que la constante dieléctrica es una propiedad del material y varía de un material a otro y la resistencia dieléctrica es el campo eléctrico máximo, a demás de que la constante dieléctrica es más grande que la unidad y la resistencia dieléctrica mayores que las del aire.

Resistencia dieléctrica.

18. Explique por que una molécula de agua esta polarizada permanentemente. ¿Qué tipo de molécula no tiene polarización permanente?

R. La molécula del agua tiene una polarización permanente debido a su geometría curva, y las moléculas que no tienen polarización permanente son las simétricas.

19. Si un capacitor lleno de dieléctrico se calienta, ¿Cómo cambiara su capacitancia? (ignora la expansión térmica y suponga que las orientaciones de dipolo depende de la temperatura.)

R. La capacidad de voltaje es muy alta al voltaje que se tenía que meter, es lo que provoca que el capacitor comience a calentarse, eso produce que la capacitancia disminuya.