UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN CAMPO 1

INGENIERIA QUIMICA

LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO

DEPARTAMENTO DE FSICA

REPORTE EXPERIMENTAL PRCTICA No. 3

CONSTANTES DIELCTRICAS Y RIGIDEZ DIELCTRICA

ALUMNOS: ARIAS BARDALES OSCAR DANIEL ESCAMILLA ORTIZ BEATRIZ M. HERNANDEZ JIMENEZ JESSICA LILIANA HERNANDEZ PEREZ CINTHYA RICO VICTORIANO EDUARDO URIBE BLANCAS DAVID

FECHA: 25-SEP-13 GRUPO: 1301G

PROFESOR: JOSE FRIAS FLORES

PRCTICA No. 3CONSTANTES DIELCTRICAS Y RIGIDEZ DIELCTRICA

MATERIAL Y EQUIPO

Un medidor de capacitancias. Un capacitor de placas circulares. Muestras circulares de: madera, papel, hule y fibra de vidrio. Un multmetro 10 cables de conexin. Una regla graduada de 30cm. Un Vernier.

DESARROLLODeterminacin de la permitividad del aire.a) Con ayuda del profesor mida la capacitancia del capacitor de placas paralelas, separadas 1mm, como se indica en la figura 3.5.

b) Obtenga los valores de capacitancia requeridos en la tabla 3.1.Tabla 3.1 Constante de permitividad elctrica.Distancia (mm)Constante de permitividad (F)o (aire)permeabilidad elctrica F/m

1mm0.440

2mm0.226

3mm0.159

4mm0.126

5mm0.097

Nota: Para calcular la constante de permitividad elctrica del aire, considere que el dimetro de las placas circulares es de 25.4cm.

Determinacin de las constantes dielctricas.

c) Haciendo referencia a la figura. 3.5, coloque entre las placas del capacitor: madera, papel, hule y fibra de vidrio (una a la vez); midiendo la capacitancia en cada caso, primero con dielctrico y luego sin l, conservando la distancia al sacar el dielctrico, concentre sus mediciones en la tabla 3.2.Tabla 3.2 Constantes dielctricasMaterial C con dielctricoC con aire o sin dielctricokr

hule0.6370.617

Cartn0.2990.109

Madera0.3200.075

Papel0.5140.434

Plstico0.2770.127

Fibra de vidrio0.5090.292

cartulina0.8020.546

Rigidez dielctrica.d) Arme el dispositivo de la figura. 3.6.

e) Encontrar el voltaje del secundario (Vs) del transformador para los diferentes valores de voltaje del primario (Vp) segn muestra la tabla 3.3.

Tabla 3.3 Relacin de transformacin.

Vp (V)Vs (V)Relacin de transformacinA= Vp / Vs

1141.6

2273.3

f) Con ayuda del profesor arme el dispositivo de la figura 3.7

g) Fije una separacin de 10mm entre electrodos e incremente lentamente la diferencia de potencial con ayuda del variac, hasta que se produzca la ruptura de rigidez dielctrica.

h) Realice varias pruebas de acuerdo a la tabla 3.4 y concentre sus lecturas en la misma.

Tabla 3.4 Rigidez dielctrica del aire.

DISTANCIA [mm]VOLTAJE DEL PRIMARIO (Vp) [V]VOLTAJE DE RUPTURAVs= VR= Vp/ a [V]CAMPO ELECTRICOE = VR / d [V/m]

1083

879.2

675.5

471.9

i) Con ayuda del dispositivo de la figura 3.7 y de acuerdo a la tabla 3.5 introduzca las muestras de dielctrico (una a la vez) juntando los electrodos de tal manera que la muestra quede fija entre ellos; incremente lentamente la diferencia de potencial y determine el voltaje de ruptura correspondiente, concentre sus mediciones en la misma.

Tabla 3.5 Rigidez dielctrica de varios materiales.

DielctricoDistancia (espesor) [m]Ocurri ruptura Voltaje de ruptura [V]Campo elctrico de ruptura [V/m]

madera6.71Si100.914.91

Papel---------------

Fibra de vidrio0.87No148170.11

Hule1.25Si88.971.12

Vidrio2.96No15050.67

Aceite comestible----Si54.2----

Aceite #40-----No150----

j) Ahora respecto a la tabla 3.5 considerando los aceites sumerja completamente los electrodos en cada caso; manteniendo una separacin entre ellos de 2[mm] incremente lentamente la diferencia de potencial hasta lograr la ruptura de rigidez dielctrica y concentre sus resultados en la misma tabla.

PREGUNTAS1. Con los valores obtenidos en la tabla 3.1, determine el valor de la permitividad del aire y comprelo con la permitividad del vaco.

Tabla 3.1 Constante de permitividad elctrica.

Distancia (mm)Constante de permitividad (F)o(aire)permeabilidad elctrica F/m

1mm22.2948 F0.440

2mm5. 72571 F0.226

3mm2.68551 F0.159

4mm1.596105 F0.126

5mm0.982998 F0.097

Nota: Para calcular la constante de permitividad elctrica del aire, considere que el dimetro de las placas circulares es de 25.4cm.Cuando de desea calcular la capacitancia( o la constante de permitividad elctrica de un medio) de un capacitor de placas paralelas se utiliza la siguiente expresin matemtica:

Dnde:C = capacitancia en farads (F).o= constante que depende del medio aislante y recibe el nombre de permitividad en F/m.A = rea de una de las placas paralelas en metros cuadrados (m2).D= distancia entre las placas en metros (m).

Para calcular el rea de las placas ocupamos la siguiente formula

Dimetro= 25.4 cmRadio =12.7 cm = 0.127 m

A=0.05067 m2

Para las distancias se tienen que pasar a metros

1mm= 0.0010000 m2mm= 0.0020000 m3mm= 0.0030000 m4mm= 0.0040000 m5mm= 0.0050000 m

FORMULA

Unidad de la constante de permitividad Datos:

A=0.05067 m2

Distancias: permeabilidad o1mm= 0.0010000 m 0.440 F/m2mm= 0.0020000 m 0.226 F/m3mm= 0.0030000 m 0.159 F/m4mm= 0.0040000 m 0.126 F/m5mm= 0.0050000 m 0.097 F/mPara calcular la capacitancia:Distancia (mm)Constante de permitividad (F)

o(aire)permeabilidad elctrica

1mm= 0.0010000 m

C=22.2948 F0.440 F/m

2mm=0.0020000 m

C= 5. 72571 F0.226 F/m

3mm=0.0030000 m

C= 2.68551 F0.159 F/m

4mm=0.0040000 m

C= 1.596105 F0.126 F/m

5mm=0.0050000 m

C= 0.982998 F0.097 F/m

La permitividad del vacoes 8,8541878176x10-12F/m.

2. Atendiendo a las mediciones de la tabla 3.2, calcule la constante dielctrica de cada muestra. Anotando sus resultados en la misma.

Para calcular la constante dielctrica se ocupa la siguiente formula

Tabla 3.2 Constantes dielctricasMaterial Ci con dielctricoCo con aire o sin dielctrico

Hule0.6370.617

Kr= 1.032414911

Cartn0.2990.109

Kr= 2.743119266

Madera0.3200.075

Kr= 4.266666667

Papel0.5140.434

Kr=1.184331797

Plstico0.2770.127

Kr=2.181102362

Fibra de vidrio0.5090.292

Kr= 1.743150685

cartulina0.8020.546

Kr= 1.468864469

3. Calcular con los datos de la tabla 3.3 el valor promedio de la relacin de transformacin

Tabla 3.3 Relacin de transformacin.

Vp (V)Vs (V)Relacin de transformacinA= Vp / Vs

1141.6A=A= 7.0621x10-3

2273.3A= A= 7.3179x10-3

Valor promedio = 7.0621x10-3 + 7.3179x10-3 = 0.01438/ 2=7.19x10-3A= 7.19x10-3

4. Calcule el campo elctrico de ruptura, para cada distancia de separacin anotando sus resultados en la tabla 3.4 y calcule el valor promedio de ER. ( campo elctrico mnimo de ruptura).

Tabla 3.4 Rigidez dielctrica del aire.

DISTANCIA [mm]VOLTAJE DEL PRIMARIO (Vp) [V]VOLTAJE DE RUPTURAVs= VR= Vp/ a [V]CAMPO ELECTRICOE = VR / d [V/m]

10= 0.010000m83vs=vr=vs=vr=11543.81085 V

E= 1154381.085 V/m

8= 0.0080000m79.2vs=vr=

vs=vr=11015.29903 V

E= 1376912.379 V/m

6= 0.0060000m75.5vs=vr=

vs=vr=10500.69541 V

E= 1750115.902 V/m

4= 0.0040000m71.9vs=vr=

vs=vr=10000 V

E= 2500000 V/m

5. Atendiendo a la tabla 3.5 Por qu algunos materiales no rompen su rigidez dielctrica?

Porque son buenos aislantes Tabla 3.5 Rigidez dielctrica de varios materiales.DielctricoDistancia (espesor) [m]Ocurri ruptura Voltaje de ruptura [V]Campo elctrico de ruptura [V/m]

madera6.71Si100.914.91

Papel---------------

Fibra de vidrio0.87No148170.11

Hule1.25Si88.971.12

Vidrio2.96No15050.67

Aceite comestible----Si54.2----

Aceite #40-----No150----

6. A partir de los resultados anotados en la tabla 3.5 Qu dielctrico slido, y que dielctrico lquido es el mejor, considerando el voltaje de ruptura y la rigidez dielctrica?

El dielctrico solido ms eficaz fue el vidrio, y el dielctrico lquido ms eficaz es el aceite # 40

7. Enuncie algunos ejemplos de aplicacin de los experimentos realizados.Las aplicaciones de los capacitores son mltiples. Cableado, aislantes elctricos y resistencias elctricas.Una de las ms importantes es la de minimizar las fluctuaciones posibles de voltaje.Los capacitores, que son llamados tambin condensadores y su funcin es retener o almacenar cargas elctricas en dichos circuitos. En la vida diaria los condensadores son usados como pilas, el flash de las cmaras fotogrficas y mantener la capacidad en los circuitos evitando cadas de tensin.ESCRIBA SUS COMENTARIOS Y CONCLUSIONES A LA PRCTICA.Se puede concluir que un condensador no almacena carga ni corriente elctrica, sino simplemente energa mecnica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la prctica como capaz de almacenar la energa elctrica que recibe durante la carga, a la vez que la cede de igual forma durante la descarga.