Pràctico Nº 1-Condensadores en Paralelo
Hace 8 años.
Sir. Isaac Newton (1643- 1727)
«Lo que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos es el océano»
Traducción:
La ciencia es una forma de pensar.
Albert Eintesin (1879- 1955)
«Todos somos muy ignorantes, lo que ocurre es que no todos ignoramos las mismas cosas»
Stephen Hawking (1942)
«Limitar nuestra atención a cuestiones terrestres sería limitar el espíritu humano. El mayor enemigo del conocimiento no es la ignorancia, sino la ilusión del conocimiento»
viernes, 28 de octubre de 2016
jueves, 27 de octubre de 2016
Las propiedades magnéticas de la materia
Las líneas de campo magnético atraviesan
todas las sustancias. No se conoce ninguna sustancia que impida la penetración
del campo magnético, pero no todas las sustancias se comportan de la misma
manera.
Según su comportamiento, los materiales
se pueden clasificar de la siguiente manera:
Materiales ferromagnéticos
Cuando a un material ferromagnético se
le somete a un campo magnético este se magnetiza: se consigue un imán artificial. Este fenómeno
se conoce como imantación. Una vez se aleja el imán del material magnético y
según la intensidad de campo magnético aplicada, este puede quedarse imantado permanentemente
o mantener sus propiedades magnéticas durante un periodo determinado de tiempo
(imán temporal).
El ferromagnetismo está presente en el
cobalto, el hierro puro, en el níquel y en todas las aleaciones de estos tres
materiales.
Materiales paramagnéticos
Los materiales paramagnéticos son
aquellas sustancias, como el magnesio, el aluminio, el estaño o el hidrógeno,
que al ser colocados dentro de un campo magnético se convierten en imanes y se
orientan en la dirección del campo. En cesar el campo magnético desaparece el
magnetismo inmediatamente y, por tanto, dejan de actuar como imanes.
Materiales diamagnéticos
Los materiales diamagnéticos son
aquellas sustancias, como el cobre, el sodio, el hidrógeno, o el nitrógeno, que
en ser colocadas dentro de un campo magnético, se magnetizan en sentido
contrario al campo aplicado.
Fuente: http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/magnetismo
Fuente: http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/magnetismo
El campo magnético, flujo magnético e intensidad de campo magnético
El campo magnético es la agitación que produce un imán a la región
que lo envuelve. Es decir, el espacio que envuelve el imán en donde son
apreciables sus efectos magnéticos, aunque sea imperceptible para nuestros
sentidos.
Para poder representar un campo
magnético utilizamos las llamadas líneas de campo. Estas líneas son cerradas:
parten (por convenio) del polo Norte al polo Sur, por el exterior del imán. Sin
embargo por el interior circulan a la inversa, de polo Sur a polo Norte.
Las líneas de campo no se cruzan, y se
van separando, unas de las otras, en alejarse del imán tangencialmente a la
dirección del campo en cada punto.
El recorrido de las líneas de fuerza
recibe el nombre de circuito magnético, y el número de líneas de fuerza
existentes en un circuito magnético se le conoce como flujo magnético.
Estas líneas nos dan una idea de:
- Dirección que tendrá el campo magnético. Las líneas de campo van desde el polo sur al polo norte en el interior del imán y desde el polo norte hasta el polo sur por el exterior.
- La intensidad del campo magnético,también conocida como intensidad de campo magnético, es inversamente proporcional al espacio entre las líneas (a menos espacio más intensidad).
En un campo magnético uniforme, la
densidad de flujo de campo magnético que
atraviesa una superficie plana y perpendicular a las líneas de fuerza valdrá:
 |
Fórmula del campo magnético
Donde la letra griega phi es el flujo magnético y su unidad es el Weber (Wb).
|
En el caso de que la superficie
atravesada por el flujo magnético no sea perpendicular a la dirección de este
tendremos que:
Donde alfa es el angulo que forma B con
el vector perpendicular a la superficie.
Fuente: http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/magnetismo
Imanes
¿Qué es un imán?
Los imanes son los materiales que
presentan las propiedades del magnetismo. Hay que destacar que estos pueden ser
naturales o artificiales. El más común de los imanes naturales es un mineral
llamado magnetita.
Los imanes pueden ser permanentes o
temporales, según el material con el que se fabriquen y según la intensidad de
campo magnético al que le sometan.
Cualquier imán presenta dos zonas donde
las acciones se manifiestan con mayor fuerza. Estas zonas están situadas en los
extremos del imán y son los denominados polos magnéticos: Norte y Sur.
Polos de un imán
Detalle sobre las zonas de acción de mayor fuerza magnética
Efecto repulsión y atracción en un
imán
Una de las propiedades fundamentales de
la interacción entre imanes es que los polos iguales se repelen, mientras que
los polos opuestos se atraen.
El efecto de atracción y repulsión tiene
que ver con las líneas de campo magnéticas. Las líneas de campo magnéticas
exteriores suelen ir del polo Norte al polo Sur. Por lo tanto, cuando se
acercan dos polos opuestos, estas líneas tienen a saltar de un polo a otro:
tienden a pegarse. Y según sea la distancia entre los dos imanes esta atracción
será mayor o menor.
En cambio, cuando se acercan dos polos
iguales, estas líneas de campos no tienden a saltar de un polo a otro, si no
que se empiezan a comprimir hacia su propio polo. Cuando esta compresión es
máxima, las líneas de campo tienden a expandirse, lo que provoca que los polos
iguales de dos imanes no puedan acercarse y se repelan.
Efecto
de un imán al ser dividido en varias partes
Otra característica de los imanes es que
los polos no se pueden separar. Si un imán se rompe en dos partes no se
obtienen un polo norte y un polo sur sino que se obtienen dos imanes, cada uno
de ellos con un polo norte y un polo sur.
Si tenemos un imán supendido por un hilo
colocado en su centro de gravedad, observamos que siempre queda orientado hacia
una misma dirección. Uno de los polos se orienta hacia el norte y otro hacia el
sur, pues los polos del imán se alinean según los polos magnéticos de la
Tierra, que actúa como imán natural.
Fuente; http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/magnetismo
Magnetismo
El magnetismo es un fenómeno físico por
el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros
materiales. Hay materiales que presentan propiedades magnéticas detectables
fácilmente, como el níquel, el hierro o el cobalto, que pueden llegar a
convertirse en un imán.
Existe un mineral llamado magnetita que
es conocido como el único imán natural. De hecho de este mineral proviene el
término de magnetismo.
Sin embargo, todos los materiales son
influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
Historia del magnetismo: sus orígenes
"Magnetita Fe3O4", La magnetita es un mineral ferromagnético, formado principalmente
por óxido ferroso férrico
Los fenómenos magnéticos fueron
conocidos por primera vez por los antiguos griegos, a través de una mineral
llamado magnetita (de ahí surge el término magnetismo). Se dice que se pudo
observar por primera vez en la ciudad de Magnesia, en Asia Menor. Originariamente se pensó que la magnetita se
podría utilizar para mantener la piel joven. De hecho, Cleopatra dormía con una
magnetita en la frente para retrasar el proceso de envejecimiento.
Esta reputación terapéutica de la
magnetita se transmitió también a los griegos, los cuales la usaban para la
curación de dolencias. En el siglo III a.C., Aristóteles escribió acerca de las
propiedades curativas de los imanes naturales, que llamaba "imanes
blancos".
Posteriormente las aplicaciones basadas
en el magnetismo fueron desarrollándose. Por el siglo 12 d.C., los marineros
chinos ya utilizaban magnetitas como brújulas para la navegación marítima.
¿Para qué sirven los imanes?
Un gran número de médicos y sanadores
utilizaron los imanes para curar diferentes problemas médicos a lo largo de la
historia. Hoy en día la ciencia médica utiliza el magnetismo más que nunca, por
ejemplo:
La magnetoencefalografía (MEG) se
utiliza para medir la actividad cerebral.
La terapia de choque para volver a
iniciar corazones.
El uso de imanes en aplicaciones
industriales y mecánicas también es muy común. Los imanes son la fuerza motriz
básica para todos los motores eléctricos y generadores eléctricos.
Fuente: http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/magnetismo
Potencia eléctrica
La potencia electrica podríamos decir
que es "La Cantidad de......".
La cantidad de..., dependerá del aparato eléctrico (receptor) al que no
estemos refiriendo cuando hablamos de su potencia. No es lo mismo la potencia
de una lámpara que la potencia de un motor. La fórmula para calcularla será la
misma pero el concepto no.
Por ejemplo cuando hablamos de la potencia eléctrica de una lámpara o
bombilla, nos referimos a la cantidad de luz que emite, si hablamos de la
potencia eléctrica de un radiador eléctrico hablamos de su capacidad para dar
calor, si es la potencia eléctrica de un motor será la capacidad de movimiento
y fuerza del motor, etc.
Lógicamente una lámpara con más potencia, dará mas luz, un radiador con
más potencia, dará más calor y un motor con más potencia, tendrá mas fuerza.
Se mide en vatios (w) aunque es muy
común verla en Kilovatios (Kw). 1.000w es 1Kw de potencia. Para pasar de w a kw
solo tendremos que dividir entre 1.000.
En la figura anterior la lámpara de 100w luce más que la de 60w por que
tiene más potencia.
La fórmula de la potencia, en corriente continua, es P = V x I, potencia es igual a tensión a la que se
conecta el receptor, por la intensidad que atraviesa el receptor. Por lo tanto
la potencia depende de la tensión y de la intensidad.
En la mayoría de los aparatos eléctricos puedes ver su potencia en la
placa de características que viene por la parte de atrás y pegada. A veces solo
viene la tensión a la que se debe conectar y la intensidad que circula por el
receptor, en este caso es fácil calcularla, solo tienes que multiplicar la V x
I como ya explicamos.
Una potencia de la que se habla mucho es
de la potencia contratada en las viviendas. Esta potencia es la máxima que
podemos usar a la vez en nuestras casas, es decir si yo tengo contratado 3.330w
de potencia en mi casa, quiere decir que puedo conectar aparatos a la vez cuya
suma de sus potencias no exceda de estos 3.330w o la contratada. En caso de que
fuera mayor la empresa suministradora nos cortaría la corriente mediante un
ICP. Ojo conectados todos al mismo tiempo, no todos los que hay en mi casa.
¿A quedado claro el concepto de potencia? Espero que sí. Pasemos ahora a
la teoría.
Teóricamente definiciones de potencia podrían ser:
"La relación de paso de energía de un flujo por unidad de
tiempo"
"Energía absorbida o entregada por un receptor en un tiempo
determinado"
"La capacidad que tiene un receptor eléctrico para transformar la
energía en un tiempo determinado".
Como ves en esta definición habla de transformar la energía, pero esta
transformación puede ser energía eléctrica en luminosa, en mecánica, en
calorífica, etc., depende del receptor. No te olvides que un receptor eléctrico
transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía.
Además aunque en la definición entra la palabra "tiempo", no
te lies, un receptor tendrá siempre la misma potencia, independientemente del
tiempo, lo que cambiará con el tiempo será la energía que consuma.
Lógicamente la energía consumida dependerá del tiempo conectado y
también de la potencia del receptor que conectemos. Su formula es muy sencilla
E = P x t, potencia por tiempo conectado. ¡¡¡Pero la potencia es siempre la
misma!!!.
Vamos a ver como se calcula la potencia en corriente continua (c.c) y en
corriente alterna (c.a). Si no tienes claro la diferencia entre un tipo de
corriente y otra sería recomendable, no obligatorio, que antes pases por este
enlace: corriente continua y alterna.
Fuente: http://www.areatecnologia.com/electricidad/potencia-electrica.html
Leyes de Kirchhoff
Las leyes de Kirchhoff fueron
formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845, mientras aún era estudiante. Son muy
utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de la corriente y
el potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de
la ley de conservación de la energía.
Estas leyes nos permiten resolver los
circuitos utilizando el conjunto de ecuaciones al que ellos responden. En la
lección anterior Ud. conoció el laboratorio virtual LW. El funcionamiento de
este y de todos los laboratorios virtuales conocidos se basa en la resolución
automática del sistema de ecuaciones que genera un circuito eléctrico. Como
trabajo principal la PC presenta una pantalla que semeja un laboratorio de
electrónica pero como trabajo de fondo en realidad esta resolviendo las
ecuaciones matemáticas del circuito. Lo interesante es que lo puede resolver a
tal velocidad que puede representar los resultados en la pantalla con una
velocidad similar aunque no igual a la real y de ese modo obtener gráficos que
simulan el funcionamiento de un osciloscopio, que es un instrumento destinado a
observar tensiones que cambian rápidamente a medida que transcurre el tiempo.
En esta entrega vamos a explicar la
teoría en forma clásica y al mismo tiempo vamos a indicar como realizar la
verificación de esa teoría en el laboratorio virtual LW.
Primera Ley
En un circuito eléctrico, es común que
se generen nodos de corriente. Un nodo es el punto del circuito donde se unen
mas de un terminal de un componente eléctrico. Si lo desea pronuncie “nodo” y
piense en “nudo” porque esa es precisamente la realidad: dos o mas componentes
se unen anudados entre sí (en realidad soldados entre sí). En la figura 1 se
puede observar el mas básico de los circuitos de CC (corriente continua) que
contiene dos nodos.
Enunciado: La corriente entrante a un nodo es igual
a la suma de las corrientes salientes. Del mismo modo se puede generalizar la
primer ley de Kirchoff diciendo que la suma de las corrientes entrantes a un
nodo son iguales a la suma de las corrientes salientes.
Segunda Ley
Cuando un circuito posee mas de una
batería y varios resistores de carga ya no resulta tan claro como se establecen
la corrientes por el mismo. En ese caso es de aplicación la segunda ley de
kirchoff, que nos permite resolver el circuito con una gran claridad.
Enunciado: En un circuito cerrado, la suma de las
tensiones de batería que se encuentran al recorrerlo siempre serán iguales a la
suma de las caídas de tensión existente sobre los resistores.
Fuente: http://electronicacompleta.com/lecciones/leyes-de-kirchhoff/
Circuito RC
Un circuito RC es un circuito compuesto
de resistencias y condensadores alimentados por una fuente eléctrica. Un
circuito RC de primer orden está compuesto de un resistor y un condensador y es
la forma más simple de un circuito RC. Los circuitos RC pueden usarse para
filtrar una señal, al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar otras. Los
filtros RC más comunes son el filtro paso alto, filtro paso bajo, filtro paso
banda, y el filtro elimina banda. Entre las características de los circuitos RC
está la propiedad de ser sistemas lineales e invariantes en el tiempo; reciben
el nombre de filtros debido a que son capaces de filtrar señales eléctricas de
acuerdo a su frecuencia.
En la configuración de paso bajo la
señal de salida del circuito se coge en bornes del condensador, estando este
conectado en serie con la resistencia. En cambio en la configuración de paso
alto la tensión de salida es la caída de tensión en la resistencia.
Este mismo circuito tiene además una
utilidad de regulación de tensión, y en tal caso se encuentran configuraciones
en paralelo de ambos, la resistencia y el condensador, o alternativamente, como
limitador de subidas y bajas bruscas de tensión con una configuración de ambos
componentes en serie. Un ejemplo de esto es el circuito Snubber.
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_RC
Efecto del dieléctrico en un condensador
La mayor parte de los condensadores
llevan entre sus láminas una sustancia no conductora o dieléctrica. Un
condensador típico está formado por láminas metálicas enrolladas, separadas por
papel impregnado en cera. El condensador resultante se envuelve en una funda de
plástico. Su capacidad es de algunos microfaradios.
La botella de Leyden es el condensador
más primitivo, consiste en una hoja metálica pegada en las superficies interior
y exterior de una botella de vidrio.
Los condensadores electrolíticos utilizan
como dieléctrico una capa delgada de óxido no conductor entre una lámina
metálica y una disolución conductora. Los condensadores electrolíticos de
dimensiones relativamente pequeñas pueden tener una capacidad de 100 a 1000 mF.
La función de un dieléctrico sólido
colocado entre las láminas es triple:
Resuelve el problema mecánico de
mantener dos grandes láminas metálicas a distancia muy pequeña sin contacto
alguno.
Consigue aumentar la diferencia de
potencial máxima que el condensador es capaz de resistir sin que salte una
chispa entre las placas (ruptura dieléctrica).
La capacidad de un condensador de
dimensiones dadas es varias veces mayor con un dieléctrico que separe sus
láminas que si estas estuviesen en el vacío.
Sea un condensador plano-paralelo cuyas
láminas hemos cargado con cargas +Q y –Q, iguales y opuestas.
FUENTE: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/dielectrico/dielectrico.htm
Códigos de colores en condensadores
Hemos visto que algunos tipos de condensadores llevan sus datos impresos codificados con unas bandas de color. Esta forma de codificación es muy similar a la empleada en las resistencias, en este caso sabiendo que el valor queda expresado en picofaradios (pF). Las bandas de color son como se observa en esta figura:
- En el condensador de la izquierda vemos los siguientes datos:verde-azul-naranja = 56000 pF = 56 nF (recordemos que el "56000" está expresado en pF). El color negro indica una tolerancia del 20%, tal como veremos en la tabla de abajo y el color rojo indica una tensión máxima de trabajo de 250v.
- En el de la derecha vemos:amarillo-violeta-rojo = 4700 pF = 4.7 nF. En los de este tipo no suele aparecer información acerca de la tensión ni la tolerancia.
CODIGOS DE COLORES EN CONDENSADORES
Por más información: http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso03-04/cce/practicas/resistencias/codigos_colores.htm#Código_de_colores_en_los_Condensadores
Asociación de capacitores
Existen tres tipos de asociaciones de condensadores:
- En paralelo
- En serio
- En forma mixta
El condensador resultante de la
asociación recibirá el nombre de condensador equivalente, produciendo por tanto
el mismo efecto que dicha asociación, es decir misma carga y diferencia de
potencial, y a su capacidad la denominaremos capacidad equivalente.
Asociación en paralelo
Es la que resulta de conectar entre si
armaduras del mismo signo, uniendo por un lado todas las armaduras inductoras
(armaduras cargadas negativamente, es decir electrones), y por otro todas las
armaduras inducidas (armaduras cargadas positivamente, formadas por huecos
debidos a la ausencia de electrones).
En una asociación de condensadores en
paralelo la capacidad equivalente es igual a la suma de las capacidades de los
condensadores asociados.
Asociación en serie
Es el resultado de conectar los
condensadores uno a continuación de otro, es decir, se une la armadura inducida
de cada condensador con la inductora de la siguiente, y así sucesivamente.
En una asociación de condensadores en
serie, la inversa de la capacidad equivalente es igual a la suma de las
inversas de las capacidades de los condensadores asociados.
Asociación mixta
Es una asociación compleja constituida
por asociaciones sencillas, es decir, la que resulta de unir en paralelo varias
asociaciones de condensadores en serie, o en serie varias asociaciones en
paralelo. Para calcular su capacidad equivalente, primero hallaremos la
capacidad equivalente de los condensadores en paralelo (sumándolas
aritméticamente) para después combinarla con las capacidades de los que estén
en serie (inversa de la suma de las inversas).
Material extraido de: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//2750/2951/html/17_asociacin_de_condensadores.html
Carga y descarga de un condensador
Proceso de carga:
Cuando el interruptor se mueve a A, la corriente I sube
bruscamente (como un cortocircuito) y tiene el valor de I = E / R amperios
(como si el condensador no existiera momentáneamente en este circuito serie
RC), y poco a poco esta corriente va disminuyendo hasta tener un valor de cero
(ver el diagrama inferior).
El voltaje en el condensador no varía instantáneamente y
sube desde 0 voltios hasta E voltios (E es el valor de la fuente de corriente
directa conectado en serie con R y C, ver diagrama 1).
El tiempo que se tarda el voltaje en el condensador (Vc) en
pasar de 0 voltios hasta el 63.2 % del voltaje de la fuente está dato por la
fórmula T = R x C donde R está en Ohmios y C en Milifaradios y el resultado
estará en milisegundos.
Después de 5 x T (5 veces T) el voltaje ha subido hasta un
99.3 % de su valor final
Al valor de T se le llama "Constante de tiempo"
Analizan los dos gráficos se puede ver que están divididos
en una parte transitoria y una parte estable. Los valores de Ic y Vc varían sus
valores en la parte transitoria (aproximadamente 5 veces la constante de tiempo
T), pero no así en la parte estable.
Los valores de Vc e Ic en cualquier momento se pueden
obtener con las siguientes fórmulas:
Vc = E + ( Vo - E) x e-T/ t ,
Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos
es 0 Voltios)
Ic = ( E - Vo ) x e-T/ t/ R
Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos
es 0 Voltios)
VR = E x e-T/ t Donde : T = R x C
Proceso de descarga:
El interruptor está en B.
Entonces el voltaje en el condensador Vc
empezará a descender desde Vo (voltaje inicial en el condensador). La corriente
tendrá un valor inicial de Vo / R y disminuirá hasta llegar a 0 (cero voltios).
Los valores de Vc e I en cualquier
momento se pueden obtener con las siguientes fórmulas:
Vc = Vo x e-t / T I = -(Vo / R) e-t / T
Donde: T = RC es la constante de tiempo
NOTA: Si el condensador había sido
previamente cargado hasta un valor E, hay que reemplazar Vo en las fórmulas con
E
Material extraido de: Electrónica Fácil
Carga y descarga de un condensador
Proceso de carga:
Cuando el interruptor se mueve a A, la corriente I sube
bruscamente (como un cortocircuito) y tiene el valor de I = E / R amperios
(como si el condensador no existiera momentáneamente en este circuito serie
RC), y poco a poco esta corriente va disminuyendo hasta tener un valor de cero
(ver el diagrama inferior).
El voltaje en el condensador no varía instantáneamente y
sube desde 0 voltios hasta E voltios (E es el valor de la fuente de corriente
directa conectado en serie con R y C, ver diagrama 1).
El tiempo que se tarda el voltaje en el condensador (Vc) en
pasar de 0 voltios hasta el 63.2 % del voltaje de la fuente está dato por la
fórmula T = R x C donde R está en Ohmios y C en Milifaradios y el resultado
estará en milisegundos.
Después de 5 x T (5 veces T) el voltaje ha subido hasta un
99.3 % de su valor final
Al valor de T se le llama "Constante de tiempo"
Analizan los dos gráficos se puede ver que están divididos
en una parte transitoria y una parte estable. Los valores de Ic y Vc varían sus
valores en la parte transitoria (aproximadamente 5 veces la constante de tiempo
T), pero no así en la parte estable.
Los valores de Vc e Ic en cualquier momento se pueden
obtener con las siguientes fórmulas:
Vc = E + ( Vo - E) x e-T/ t ,
Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos
es 0 Voltios)
Ic = ( E - Vo ) x e-T/ t/ R
Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos
es 0 Voltios)
VR = E x e-T/ t Donde : T = R x C
Proceso de descarga:
El interruptor está en B.
Entonces el voltaje en el condensador Vc
empezará a descender desde Vo (voltaje inicial en el condensador). La corriente
tendrá un valor inicial de Vo / R y disminuirá hasta llegar a 0 (cero voltios).
Los valores de Vc e I en cualquier
momento se pueden obtener con las siguientes fórmulas:
Vc = Vo x e-t / T I = -(Vo / R) e-t / T
Donde: T = RC es la constante de tiempo
NOTA: Si el condensador había sido
previamente cargado hasta un valor E, hay que reemplazar Vo en las fórmulas con
E
Material extraido de: Electrónica Fácil
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