Proyecto de Condensador

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR

“LUIS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA”

BARQUISIMETO, EDO. LARA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES

Autores:

Gary Montilla C.I : 16.748.863

Luís Rivero C.I 17727882

Luis J. Benitez C.I. 16.790.491

Tutor: Howar Cordero

Electromagnetismo I

4FI01

BARQUISIMETO, FEBRERO DE 2009

Introducción

La Física es una ciencia experimental cuya práctica de laboratorio forma parte esencial de la misma no solo por la comprensión de conceptos, sino también por la metodología científica que, en parte, ayuda a alcanzar los objetivos generales marcados en el propio currículo de la etapa.

La importancia de los trabajos prácticos es reconocida por todos los profesores; sin embargo, también se reconoce las pocas prácticas que se realizan. La escasez de horas, el excesivo número de alumnos en muchos grupos, los problemas de horario, etc., justifican, en gran medida, este hecho (revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias (2005) Vol 2, Nº 1, pag. 4)

Hoy en día, el docente debe estar preparado para asumir estas debilidades y procurar en lo posible disminuir sus efectos en el proceso de enseñanza-aprendizaje que se da en su círculo académico.

El docente de física no se escapa de tal situación, al encontrarse con laboratorios en mal estado, con pocos materiales para experimentar y éstos deteriorados y obsoletos.

Ante esta situación se presenta como alternativa fácil y económica la construcción de montajes experimentales con materiales reciclables que permitan al docente de física realizar las prácticas de laboratorio y al alumnado comprender, demostrar y complementar el contenido teórico que se le enseña en esta asignatura.

Citando un Documento de trabajo del XII Encuentro Nacional de Profesores de Física, Asociación de Profesores de Física del Uruguay “ La experimentación en el laboratorio es la instancia que obliga al estudiante a enfrentar situaciones que requieren la elaboración de modelos particulares del experimento que deben de estar enmarcados en un modelo físico más general.”

“Cuando uno elabora un modelo pone en juego su visión del mundo. Se busca una coherencia racional entre el modelo y esa visión. Esto implica describir los rangos de validez de ese modelo, el que también puede predecir el comportamiento de los fenómenos relacionados al problema.”

El siguiente proyecto tiene como finalidad, construir un condensador cilíndrico con materiales de fácil adquisición en vista de la necesidad que emerge desde los laboratorios en los liceos, ante la falta de materiales para la experimentación.

A continuación se señala como se construyó el condensador cilíndrico con materiales de fácil adquisición así como también los materiales usados para construirlos. Esto, como alternativa económica para la realización de las actividades prácticas relacionadas con condensadores, entre ellas; carga de un condensador, asociación de condensadores, circuitos RC, entre otras.

Objetivos

Objetivo General

• Construir un condensador cilíndrico con materiales de fácil adquisición

Objetivos Específicos

• Elaborar un condensador cilíndrico con materiales de fácil adquisición
• Comprobar que los condensadores cilíndrico tiene aplicabilidad dentro del laboratorio
• Valorar la importancia de estos materiales para la realización de las actividades en el laboratorio

Justificación

Nuestro proyecto fue realizado con el propósito de demostrar que existen diferentes formas de analizar los fenómenos físicos con materiales de fácil acceso y de reciclaje, como, en nuestro caso tratamos de observar las características básicas de un condensador y su principal función, que es la de almacenar cargas.

Este dispositivo es de gran utilidad en los distintos aparatos eléctricos y electrónicos que existen y que utilizamos a diario, como el flash de una cámara fotográfica, en los circuitos internos de aparatos electrónicos (radio, TV y computadoras) y dispositivos de los automóviles.

Planteamiento del problema

Las ciencias naturales constan de dos grandes aspectos como la teoría y la experimentación, la segunda es una forma de demostrar la primera y a través de ella hacer más ilustrativo la demostración de los fenómenos físicos, motivando así a los estudiantes de estas ciencias, en particular a los de física.

Continuando con lo dicho anteriormente la parte experimental en la física es muy importante, ya que con esta se demuestran las diferentes leyes y teorías de esta cátedra, debido a esto las diferentes instituciones donde se dicte la cátedra de física deben contar con las herramientas necesarias para realizar cada uno de los montajes de física, de forma correcta e ilustrativa. Cabe destacar que las instalaciones eléctricas de los laboratorios deben estar en buenas condiciones, para la seguridad de los estudiantes y calidad de trabajo.

Un aspecto muy importante que no se esta tomando en cuenta es que en la mayoría de los laboratorios y talleres, donde se realizan los experimentos no cuentan con la dotación necesaria para realizar estos de forma correcta, debido a la escasez de materiales que se presenta y a las malas condiciones que se encuentran los pocos que ya existen, esto es el principal motivo de que los estudiantes le teman a materias como física porque lo único que conocen de la misma es la parte teórica y no la práctica. (Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias (2005) Vol 2, Nº 1, pag. 2)

A raíz de esto se esta realizando este proyecto el cual brinda la posibilidad a los docente de realizar las prácticas de laboratorio con materiales de fácil acceso y de esta forma no reprimir a los estudiantes a realizar los experimentos en el laboratorio, se vean motivados a contribuir en el equipamiento del laboratorio para construir sus experimentos.

Una de las ventajas de realizar debidamente los experimentos es que gracias a ellos se pueden comprender de forma ilustrativa los conocimientos científicos adquiridos en las horas de teorías, otras de las ventajas es que debido a que los experimentos se realizaran con materiales de fácil acceso significa que disminuirán los gastos de los entes encargados de dotar los laboratorios de los diferentes implementos necesarios que necesita estos.

Ahora bien ¿Será factible realizar las practicas de laboratorio con materiales de fácil acceso?

Fundamento Teórico

Condensador eléctrico dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa.

Botella de Leyden condensador simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos metálicos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el dieléctrico. La magnitud que caracteriza a un condensador es su capacidad, cantidad de carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.

Diodo dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor.

Circuito eléctrico trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito.

Condensador cilíndrico este condensador tiene como placas dos casquetes cilíndricos conductores, de espesor despreciable, de radios R1 y R2. Si se carga la placa interior con carga Q+ y la placa externa con Q-, entonces se establece un campo eléctrico en el interior del condensador de dirección radial y sentido apuntando desde la placa positiva hacia la placa negativa,

Circuito RC trayecto continuo y cerrado de corriente cuyo elementos principales son fem, condensadores y resistencias

Voltímetro instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abiertos en los polos. En el circuito éste se conecta en paralelo.

Amperímetro instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. En el circuito éste se conecta en serie.

Metodología

Primeramente se discutió y concretaron las ideas para construir los condensadores, en cuanto a forma, materiales a usar, posibles gastos y tiempo disponible para su construcción.

Luego se buscó un tubo cilíndrico de aluminio de aproximadamente 19 centímetros de longitud, el cual se forro en su parte externa con papel plástico autoadhesivo (dieléctrico) y a continuación se le colocó una capa de papel aluminio. Así, la superficie externa del tubo y el papel de aluminio serian las placas del condensador. Estas tendría una distancia de separación de 0.01 milímetro

También se construyó un condensador cilíndrico con un envase de plástico (poliestireno cristal) de 5 centímetros de longitud y sus placas de aluminio (hojalata). Además, otro cilíndrico (polietileno) de 5cm de longitud con papel aluminio más grueso

Se compraron resistencias de 1MW y 1kW, una batería de 9V, conectando al terminal negativo de la batería la resistencia, ésta a su vez en serie con el condensador que retorno al terminal negativo de la batería.

Se conectó un voltímetro paralelo al condensador para observar en la lectura del mismo el proceso de carga. Finalmente se observó que el condensador cilíndrico se carga 6V

Se hizo lo mismo con el segundo condensador y el fenómeno se observó mucho mejor. El tercer condensador se cargó con corriente alterna observando que la carga del mismo también se apreciaba mucho mejor.

Resultados

Para el condensador largo de aluminio

C = K= (2.6)= 6.032x10^-11F

t = RC = (2k)(6.032x10^-11F) = 1.21x10^-7s

Para el condensador con hojalata

C = K= K= (1.96x10-10F)K

t = RC = (2k)(1.96x10-10F) = 3.91x10^-7s

Recomendaciones

- Verificar que las placas no estén en contacto una con otra

- La separación entre las placas sean lo mas mínima posible

- Los conductores deben tener poca resistividad

- Debe colocarse resistencias grandes en serie si se quiere apreciar la carga muy lenta

- Debe colocarse poca resistencia si se quiere alcanzar la carga rápidamente

Conclusiones

- Que si es posible construir montajes con materiales de desecho o de reciclaje.

- Que estos montajes que se construyen permiten al docente realizar las prácticas de laboratorios.

- Que al realizar las prácticas de laboratorio se comprende y se demuestra el contenido teórico de física.

- Que el condensador con poliestireno cristal (envase de plástico transparente) con hojalata como dieléctrico se cargó más que aquel que tiene papel autoadhesivo (polietileno) como dieléctrico.

- Con el condensador de polietileno de alta densidad (envase de rollo de fotos), al cargarlo, se observó más lento su tiempo de carga.

- La distancia entre las placas del condensador debe ser muy pequeña para que la capacitancia sea mayor.

- Introducir un dieléctrico en condensador nos da tres ventajas, aumenta su capacidad, permite situar los dos conductores a distancias muy pequeñas asegurando su aislamiento eléctrico y, por tener una rigidez dieléctrica a la del aire, permite soportar tensiones más elevadas.

Fuentes electrónicas en línea

- Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias (2005), Vol. 2, Nº 1, pp. 101-106 la enseñanza de la física y la química [Documento en línea]. Asociación Nacional de Químicos Españoles. Disponible: http://www.anque.es/notaprensa.php. [Consulta: 2009, febrero 23]

Loedel, E. (2002, septiembre). XII Encuentro Nacional de Profesores de Física, Asociación de Profesores de Física del Uruguay. [Documento en línea]. Ponencia presentada Carmelo Uruguay. Disponible: http://apfu.fisica.edu.uy/Documentos/documento_2_el_rol_del_laboratorio_en_la_ensenianza_de_la_fisica.pdf [Consulta: 2009, febrero 23]

Referencias Bibliografícas

Ramos, Antonio arenas (1996) Tesis: Diagnostico de la dotación e infraestructura de los talleres y laboratorios de las escuelas técnicas del estado Lara

Franis W. Sers y Mark W. Semansky.(1975) Física (1era. ed.). España.

Raymond. A. Serway (1983) Electricidad y Magnetismo (3ra. ed.). México:

Pendulo simple

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR

“LUIS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA”

BARQUISIMETO, EDO. LARA

Profesor: Integrantes:

Wladimir Zambrano Benitez Luis

Montilla Gary

Sección 4FI01 González Arthur

Rivero Luis

INTRODUCCIÓN

El principio del péndulo fue descubierto por el físico y astrónomo italiano Galileo, quien estableció que el periodo de la oscilación de un péndulo de una longitud dada puede considerarse independiente de su amplitud, es decir, de la distancia máxima que se aleja el péndulo de la posición de equilibrio. (No obstante, cuando la amplitud es muy grande, el periodo del péndulo sí depende de ella).

Péndulo, dispositivo formado por un objeto suspendido de un punto fijo y que oscila de un lado a otro bajo la influencia de la gravedad. Los péndulos se emplean en varios mecanismos, como por ejemplo algunos relojes.

En el péndulo más sencillo, el llamado péndulo simple, puede considerarse que toda la masa del dispositivo está concentrada en un punto del objeto oscilante, y dicho punto sólo se mueve en un plano. El movimiento del péndulo de un reloj se aproxima bastante al de un péndulo simple. El péndulo esférico, en cambio, no está limitado a oscilar en un único plano, por lo que su movimiento es mucho más complejo.

PRE LABORAORIO

¿A que se denomina frecuencia en un M.A.S.?

La frecuencia en un movimiento armónico simple indica el número de veces que se repite en un segundo cualquier fenómeno periódico. La frecuencia es muy importante en muchas áreas de la física, como la mecánica o el estudio de las ondas de sonido.

¿A que se denomina periodo?

Se denomina periodo al tiempo que tarda el móvil en pasar dos veces consecutivas por una misma posición y en un mismo sentido. La ecuación que rige el movimiento viene dada por: X= A. sen (wt)

¿Que es amplitud en M.A.S?

Amplitud es la distancia que hay desde el punto de equilibrio al de máxima separación que se alcanza.

¿Demostrar la relación a/x =K?

Péndulo

Un péndulo es un sistema físico ideal constituido por un hilo inextensible y de masa despreciable, sostenido por su extremo superior de un punto fijo, con una masa puntual en su extremo inferior que oscila libremente en el vacío. Si el movimiento de la masa se mantiene en un plano, se dice que es un péndulo plano; en caso contrario, se dice que es un péndulo esférico.

Algunas aplicaciones del péndulo son la medición del tiempo, el metrónomo y la plomada. Otra aplicación se conoce como Péndulo de Foucault, el cual se emplea para evidenciar la rotación de la Tierra. Se llama así en honor del físico francés Léon Foucault y está formado por una gran masa suspendida de un cable muy largo.

Péndulo simple

El sistema físico llamado péndulo simple esta constituido por una masa puntual m suspendida de un hilo inextensible y sin peso que oscila en el vació en ausencia de fuerza de rozamientos. Dicha masa se desplaza sobre un arco circular con movimiento periódico. Esta definición corresponde a un sistema teórico que en la práctica se sustituye por una esfera de masa reducida suspendida de un filamento ligero.

El periodo del péndulo resulta independiente de la masa del cuerpo suspendido, es directamente proporcional a la raíz cuadrada de su longitud e inversamente proporcional a la aceleración de la gravedad.

Péndulo de torsión

Se dice que un cuerpo se desplaza con movimiento armónico de rotación entorno a un eje fijo cuando un Angulo de giro resulta función sinusoidal del tiempo y el cuerpo se encuentra sometido a una fuerza recuperadora cuyo momento es proporcional a la elongación angular.

Las ecuaciones que rigen este movimiento se obtienen por sustitución de las magnitudes lineales del movimiento armónico simple por las perspectivas.

Siendo I el momento de inercia del sistema, con respecto al eje de rotación y D la constante de torsión (esta formula es exacta aun para oscilaciones de gran amplitud), si se conoce el momento de inercia I y se mide el periodo T se puede calcular D.

Péndulo físico

El péndulo físico, también llamado péndulo compuesto, es un sistema integrado por un sólido de forma irregular, móvil en torno a un punto o a eje fijos, y que oscila solamente por acción de su peso.

Representado un péndulo físico, que consiste de un cuerpo de masa m suspendido de un punto de suspensión que dista una distancia d (cm) de su centro de su masa.

El período del péndulo físico para pequeñas amplitudes de oscilación está dado por la expresión:

Donde I es el momento de inercia de péndulo respecto del centro de rotación (punto de suspension), m la masa del mismo, g la aceleración de la gravedad del lugar y d (cm) la distancia del centro de masa del péndulo al centro de rotación.

Período

El movimiento de un péndulo esférico en general no resulta periódico, ya que es la combinación de dos movimientos periódicos de períodos generalmente inconmensurables. Sin embargo el movimiento resulta cuasi periódico, lo cual significa que fijado una posición y una velocidad previas del movimiento existe un tiempo T tal que el movimiento pasará a una distancia tan pequeña como se desee de esa posición con una velocidad tan parecida como se quiera, pero sin repetirse exactamente. Dada que la región de movimiento además resulta compacta, el conjunto de puntos la trayectoria de un péndulo esférico constituye un conjunto denso sobre una área esférica comprendida entre dos casquetes esféricos.

LABORATORIO

Materiales

Ù Esfera de acero.

Ù Esfera de madera.

Ù Cronometro.

Ù Cinta métrica.

Ù Varilla de 75 cm.

Ù Nuez con pancho.

Ù Trípode.

Procedimiento

1. Relación entre el periodo y la amplitud de oscilación del péndulo.

Ù Suspéndase una esfera de metal ( o madera) , mediante un hilo de longitud L, constante .

Ù Varié la amplitud. Y determine los respectivos periodos (tómese el tiempo que tarda el péndulo en realizar 10 oscilación completas y divídase por 10 el resultado. Regístrese los valores obtenidos en las siguientes graficas.

Nº	a (grados)	Numero de oscilaciones	t(s)	T(s)
1	300	10	13,52	1,35
2	450	10	14,06	1,40
3	600	10	15,32	1,53
4	150	10	14,44	1,44

2. Relación entre la masa y el periodo del péndulo.

Ù Repítase la experiencia anterior con la esfera de madera,

Ù Registres los valores anteriores mas los obtenidos en la siguiente tabla:

Masa	N0 oscilaciones	t(s)	T(s)
Madera	10	14,29	1,429
Metal	10	14,06	1,406

3. Relación entre la longitud del periodo de oscilación del péndulo.

Ù Con cada uno de los péndulos anteriores repítase la medida de los periodos variando ahora la longitud del mismo. La amplitud debe permanecer constante registre sus datos en la tabla siguiente.

Longitud L (cm).	N oscilaciones	t(s)	T(s)
55	10	15,48	1,548
49	10	14,29	1,429

POS LABORATORIO

1. Construya la grafica T= f(a) ( Anexo)
2. ¿Qué conclusiones se obtiene de ella?, ¿Podría usted enunciar una ley que rija el fenómeno investigando?

Se pudo observar que a medida que se aumentaban los grados, el periodo aumentaba ya que el péndulo recorría distancias mayores.

Ley enunciada: El Grado de elongación es directamente proporcional al T (periodo) de oscilación del péndulo. aºT

3. ¿Qué sucedió cuando en lugar de la esfera de metal (o madera) se uso la de madera (o de metal) para la misma amplitud?

La de metal, al tener mayor masa tiene mas peso y las oscilaciones las realiza más rápido que la esfera de madera. En conclusión, la esfera de metal completa las 10 oscilaciones en menos tiempo que la de madera.

4. ¿Por qué es necesario tomar el tiempo integrado para un número grande de oscilaciones en la determinación del periodo?

La principal función de una integral es calcular áreas, en este caso un numero grande de oscilaciones significa una distancia “q” recorrida y por medio de la integral podemos determinar esta, cabe destacar que la integral debe llevar los limites, o sea, debe ser una integral definida.

5. Se llama “péndulo que bate segundo” aquel que pasa por su posición de equilibrio, un vez en cada segundo se encuentra:
1. ¿Cuál es el periodo de este péndulo?

4(sg)

2. Determine la longitud del “péndulo que bate segundos”, usando la gráfica de la parte 4.

6. Discuta las transformaciones de energía que ocurren durante un periodo del péndulo.

El péndulo tiene tanto energía potencial como energía cinética, debido a la ley de la conservación de la energía.

El péndulo en el instante que forme un Angulo cualquiera con la vertical (ver figura) va a tener una energía potencial, en el momento que el mismo comienza a caer va a perder energía potencial y a ganar energía cinética, en el instante que este, esta en el mismo sentido que el eje (ver figura 2) tendrá una velocidad cinética máxima y una potencia cero (0). En el instante que forme un ángulo de 90⁰ con la vertical estará en una energía potencial máxima.

7. Señale algunas de las fuentes de errores que le hicieron desviar su valor del que sánala las tablas.

Uno de estos es el error del instrumento, que es el margen de error que posee cada instrumento, otro seria el error de apreciación y error humano, debemos tomar en cuenta las condiciones en que estaba el péndulo no era completamente estable y el hilo tendía a moverse, deslizaba sobre el tubo de 30 cm.

Conclusión

Después de ya haber realizado todos los cálculos se llego a las siguientes conclusiones.

El período de un péndulo sólo depende de la longitud de la cuerda y el valor de la gravedad (la gravedad varia en los planetas).

Debido a que el período es independiente de la masa, podemos decir entonces que todos los péndulos simples de igual longitud en el mismo sitio oscilan con períodos iguales.

A mayor longitud de cuerda mayor período.