Laboratorio

ELECTROSTATICA Y CAPACITORES

OBJETIVO.

Experimentar las relaciones entre carga y voltaje así como conocer las propiedades básicas de los capacitores.

MATERIAL A UTILIZAR.

1 Conector de electrómetro para jaula de Faraday

1 Conector de electrómetro para capacitor de placas paralelas

1 Capacitor de placas paralelas ES 9043

3 Transportadores de carga ES 9057

1 Esfera conductora de 13 cm de diámetro ES 9059A

1 Electrómetro Pasco ES 9054B

1 Fuente de poder ES 9049A

1 Cartulina blanca de 23 x 22 cm

1 Conector banana – zapata

1 Jaula de Faraday ES 9042ª

FUNDAMENTO TEORICO

El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.

Se pone de manifiesto en numerosas situaciones cotidianas, por ejemplo, el mal funcionamiento de los teléfonos móviles en el interior de ascensores o edificios con estructura de rejilla de acero.

Una manera de comprobarlo es con una radio sintonizada en una emisora de Onda Media o con teléfonos móviles. Al rodearla con un periódico, el sonido se escucha correctamente. Sin embargo, si se sustituye el periódico con un papel de aluminio la radio deja de emitir sonidos: el aluminio es un conductor eléctrico y provoca el efecto jaula de Faraday.

Este fenómeno, descubierto por Michael Faraday, tiene una aplicación importante en protección de equipos electrónicos delicados, tales como repetidores de radio y televisión situados en cumbres de montañas y expuestos a las perturbaciones electromagnéticas causadas por las tormentas. Además se tiene las siguientes consideraciones previas para la realización de la práctica con capacitores.

Capacidad del condensador vacio C0 = ε0S/d

Carga y densidad de carga Q = C0(Vf-Vi) σf = Q/S

Campo eléctrico E0 = σf/ ε0

Al introducir un material dieléctrico entre las placas del condensador la diferencia de potencial entre las placas disminuye Vf-Vi = Q/C

El campo eléctrico en el espacio comprendido entre las placas del condensador es

E = E0/k

Podemos considerar este campo E, como la diferencia entre el campo E0 producido por las cargas libres existentes en las placas, y el campo Eb producido por las cargas inducidas en la superficie del dieléctrico, ambos campos son de signos contrarios.

E = E0 – Eb = σf/ ε0 - σb/ ε0

Luego la densidad inducida en el dieléctrico es σb

PARTEEXPERIMETAL

EXPERIENCIA Nº 1.la jaula de Faraday

En este experimento hemos conectado el electrómetro a la jaula de Faraday como lo muestra la figura usando el conector de electrómetro para jaula de Faraday.

LECTURAS DEL ELECTROMETRO

# de medición Voltaje

1 2

2 2,5

3 6

4 10

5 8

Promedio 5,7

# de medición Voltaje

1 -3

2 -10

3 -7

4 -8

5 -6

Promedio -6,8

Explica el fenómeno que acabas de observar. Sugerencia: recuerda la Ley de Gauss.

El fenómeno que se observa es que el flujo de ciertos campos a través de una superficie cerrada es proporcional a la magnitud de las fuentes de dicho campo que hay en el interior de dicha superficie.

Explica porque se mantiene un voltaje en el electrómetro.

Es el voltaje que se le aplica para que funcione, es lo mismo que cuando polarizas un transistor, cuando lo tienes inactivo no hay tensión.

En un electrómetro imagino que será la tensión a la que se deben someter los extremos del medidor para que pueda dar una lectura, por lo que yo no lo definiría como una voltaje de polarización estrictamente hablando, si no más incluso un voltaje de operación.

Descarga el electrómetro (presionando el botón inferior derecho) y vuelve a introducir el mismo productor de carga. ¿Qué valor indica el electrómetro? ¿Por qué?

Los valores obtenidos como se puede ver en tabla son distintos bebido a la variación del frotamiento de dichas paletas, porque al haber mayor frotamiento indicaba mayor voltaje.

¿Quedó alguna carga en el productor de carga después de tocar la jaula? Explica tus razones.

Se puede observar que al principio la jaula se encuentra sin carga negativa o positiva, es decir, neutra. Después de frotar los dos productores (blanco y azul), al tocar la jaula con el productor azul se registra que la jaula queda cargada negativamente, después al tocar de nuevo la jaula con el productor blanco la carga es positiva.

Frota los productores de carga y con la ayuda del electrómetro y la jaula de Faraday, determina la magnitud de sus cargas. La jaula tiene unacapacitancia de 205 pF.

EXPERIENCIA

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