UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA INGENIERÍA CIVIL FISICA II Página 1 FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL NOMBRE DE INFORME: POTENCIAL ELECTRICO Y CAPACIDAD ELECTRICA, CAPACITORES Y ARREGLO DE CAPACITORESCURSO: FISICA APLICADA DOCENTE: WILFREDO BIZARRO MAMANI INTEGRANTES: ANCO MAMAN I, ROSMERY THAIS CHAVEZ LLANOS, VIVIANA COLQUEHUANCA YUJRA, EDITH MAMANI MACHACA, MARLENY APAZA LIMAC HE, LUZ MARINA FECHA DE ENTREGA: 18/01/2016 TACNA-PERÚ 2016 UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
El presente informe da a conocer puntos básicos teóricos y ejemplos de aplicaciones
sobre los diferentes temas como potencial eléctrico que es el trabajo que debe realizarun campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hasta el
punto de referencia, también se detallará sobre la capacidad eléctrica o capacitancia y
los arreglos de los capacitores que se manifiestan como una propiedad que tienen los
cuerpos para mantener una carga eléctrica..
Casi todos los circuitos electrónicos están basados en la existencia de varios tipos de
“capacitores”. Sin su invención no se hubiesen podido desarrollar una infinidad de
circuitos sintonizados tal como los conocemos, como por ejemplo los sistemas de radio,
televisión, teléfonos, detectores de metales y equipos de audio.
Por otro lado se enfatizan aspectos conceptuales en relación a la electrostática y a
las conversiones de las cargas. Finalmente se comenta algo sobre la invención del
2.1 POTENCIA ELECTRICAEs el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva
unitaria “q” desde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra,es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una cargapositiva desde dicho punto hasta el punto de referencia, dividido por unidad decarga de prueba fuerza eléctrica a velocidad constante. Matemáticamente seexpresa por:
El potencial eléctrico sólo se puede definir unívocamente para un campo estáticoproducido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas enmovimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert pararepresentar un campo electromagnético que además incorpore el efecto deretardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagarmás rápido que la velocidad de la luz.
Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuentacon energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar lacarga desde el exterior del campo hasta el punto considerado.
1.2 La unidad del Sistema Internacional es el voltio (V).
La fuerza de atracción entre dos masas es conservativa, del mismo modo sepuede demostrar que la fuerza de interacción entre cargas es conservativa.
El trabajo de una fuerza conservativa, es igual a la diferencia entre el valor inicialy el valor final de una función que solamente depende de las coordenadas quedenominamos energía potencial.
El trabajo infinitesimal es el producto escalar del vector fuerza F por el vector
desplazamiento d l , tangente a la trayectoria.
dW = F·dl = F·dl·cosθ = F·dr
Donde dr es el desplazamiento infinitesimal de la partícula cargada q en ladirección radial.Para calcular el trabajo total, integramos entre la posición inicial A, distante r A del centro de fuerzas y la posición final B, distante r B del centro fijo de fuerzas.
El trabajo W no depende del camino seguido por la partícula para ir desde laposición A, a la posición B. La fuerza de atracción F, que ejerce la carga fija Q sobre la carga q es conservativa. La fórmula de la energía potencial es
El nivel cero de energía potencial se ha establecido en el infinito, para r =∞, E p=0
El hecho de que la fuerza de atracción sea conservativa, implica que la energíatotal (cinética más potencial) de la partícula es constante, en cualquier punto dela trayectoria.
Fuentes de alimentaciónconmutadas Son dispositivos que transforman laenergía eléctrica mediantetransistores
Control de motores eléctricosLa utilización de convertidoreselectrónicos permite controlarparámetros tales como la posición,velocidad o par suministrado por unmotor.
Calentamiento por inducción Consiste en el calentamiento de unmaterial conductor a través del campogenerado por un inductor
Baterías Almacenamiento de energía eléctricapara un dispositivo
ReguladoresPermiten el acceso de cierta cantidadde energía eléctrica evitando cortos enlos aparatos
Generadores eléctricosCuando se genera una potenciaeléctrica como ejemplo serían losmotores que se le agregan a labicicleta y cada vez que se pedaleageneran energía eléctrica
3. EJERCICIO PROPUESTO
3.1. Ejercicio 01Integrando el campo eléctrico como en laecuación (1). Halle el potencial a unadistancia “r” de una carga puntual q
Solución:Para hallar el potencial V a una distancia r de lacarga puntual, fijamos el punto, elegimos que elpotencial sea cero a una distancia infinita de lacarga.
Otra forma de resolver es mediante la ecuación del campo eléctrico
4. CONCLUSIONES
En síntesis se tiene que potencial eléctrico en un punto es el trabajo quedebe realizar una fuerza eléctrica (ley de Coulomb) para mover una cargaunitaria “q” desde ese punto hasta el infinito, donde el potencial es cero.
Dicho de otra forma es el trabajo que debe realizar una fuerza externa paratraer una carga unitaria “q” desde el infinito hasta el punto considerado en
contra de la fuerza eléctrica.
Y que cuando una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar parahacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada auna distancia r de una carga q. De manera equivalente, el potencial eléctricoes = Trabajo eléctrico y energía potencial eléctrica Considérese una cargapuntual q en presencia de un campo eléctrico. La carga experimentará unafuerza eléctrica.
Los condensadores o capacitores son dispositivos utilizados para almacenar carga y
energía eléctrica. Están formados por dos conductores próximos uno a otro, separados
por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor pero de
signo contrario. Encontrándose los conductores a una diferencia de potencial, ygenerando entre ellos un campo eléctrico.
2.3 CAPACITANCIA (C)
La capacidad o capacitancia es una propiedad de los dispositivos llamados
condensadores.
Esta propiedad rige la relación existente entre la diferencia de potencial existente entrelas placas del capacitor y la carga eléctrica almacenada en este mediante la siguiente
ecuación:
donde
C es la capacidad, medida en faradios;
Q es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
V es la diferencia de potencial, medida en voltios.
Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que sólo depende
de la forma del capacitor y del medio considerado.
Por su definición, las dimensiones de capacidad son carga dividido por potencial, y la
unidad en el Sistema Internacional será el culombio dividido por voltio, a esta unidad se
le dado el nombre de faradio (F) en honor de Mitchell Faraday. Un faradio una unidadde capacidad bastante grande, de forma que los condensadores que usualmente se
encuentran en los circuitos tienen capacidades mucho menores.
Las unidades más comunes en la técnica son:
μF = 10−6 F ηF = 10−9 F pF = 10−12 F
2.3 CARGA DE UN CONDENSADOR
Los condensadores almacenan energía que es igual al trabajo realizado para cargarlo.
Cuando se instala el condensador a una fuente de energía E este le suministra cargas
a las placas del condensador, que producen un campo eléctrico y un potencial eléctrico
entre las placas, El potencial aumenta exponencialmente, como se puede observar en
la grafica V c = f(t).
La máxima carga que se deposita en las placas del condensador se da cuando el
potencial eléctrico, entre las placas del condensador es igual al potencial de la fuente E.
La carga por unidad de área en cada placa es σ = Q/A. Si las placas están muy cercanas
una de la otra, podemos despreciar los efectos de los extremos y suponer que el campo
eléctrico es uniforme entre las placas y cero en cualquier otro lugar. El campo eléctrico
entre las placas esta dado por:
La diferencia de potencial entre las placas es igual a Ed ; por lo tanto,
Sustituyendo este resultado, encontramos que la capacitancia esta dada por :Esto significa que la capacitancia de un condensador de placas paralelas es
proporcional al área de éstas e inversamente proporcional a la separación entre ellas.
La constante de proporcionalidad C es la capacitancia y expresa la carga por unidad
de voltaje. El faradio, unidad de la capacitancia, es una unidad grande de modo que se
usa con frecuencia es el microfarad ( F = 10-6 F).
La expresión para la energía que almacena un condensador se puede obtener por medio
de análisis gráfico. Una gráfica de voltaje versus carga eléctrica origina una recta con
una pendiente 1/C, como se observa en la figura 11.29. Para un condensadorinicialmente descargado Q = 0 y V0 = 0, para alguna carga final Q y un voltaje final V, el
trabajo total realizado por la fuente es equivalente a la transferencia de la carga a través
del voltaje medio Vm, donde:
Así, el trabajo realizado por la fuente, es la energía almacenada, es el área bajo la curva
se expresa como.
Dado que Q=CV, esta ecuación puede escribirse de otras maneras: