1. Describir el fenómeno de polarización para un material conductor al introducirlo dentro de un campo eléctrico uniforme; auxíliese por medio de figuras. Los átomos están constituidos de protones, electrones y neutrones. Estos se unen entre si para constituir las estructuras de las diferentes sustancias de acuerdo a las condiciones físicas existentes, como por ejemplo: la temperatura. Si un cuerpo metálico no está sometido a la influencia de un campo eléctrico, sus cargas negativas y positivas están uniformemente distribuidas y se concluye que el cuerpo es neutro. Ver Figura 1. Si el mismo cuerpo metálico ahora es afectado por un campo eléctrico E, las cargas negativas y positivas del metal se verán afectados por el campo. Como consecuencia la distribución de cargas dentro del cuerpo metálico cambia. Una parte del cuerpo metálico se cargará positivamente y otra parte del mismo se cargará negativamente.
2. Describa el fenómeno de polarización para un material dieléctrico al introducirlo dentro de un campo eléctrico uniforme; auxíliese por medio de figuras. Si un material contiene moléculas polares, estarán normalmente en una orientación aleatoria cuando no tiene un campo eléctrico aplicado. Si se aplica un campo eléctrico, polarizará al material, orientando los momentos de dipolos de las moléculas polares. Esto disminuye el campo eléctrico efectivo entre las placas y aumentará la capacidad en una disposición de placas paralelas. El dieléctrico debe ser un buen aislante eléctrico para reducir al mínimo las fugas de corriente DC a través del condensador.
La presencia del dieléctrico disminuye producido por una determinada densidad de carga.
el
campo
eléctrico
El factor k por el que el campo eléctrico disminuye por la polarización del dieléctrico se llama constante dieléctrica del material 3. ¿Qué sucede al introducir un dieléctrico entre las placas de un capacitor, aumenta o disminuye su capacitancia? ¿Por qué sucede este fenómeno? Cuando un material dieléctrico se inserta entre las placas de un capacitor, aumenta la capacitancia. Si el dieléctrico llena por completo el espacio entre las placas, la capacitancia aumenta en un factor adimensional k, conocido como la constante dieléctrica. Atómicamente, cuando un dieléctrico se coloca entre un capacitor, o sea en un campo eléctrico, hay 2 cosas que pueden suceder; las moléculas de algunos dieléctricos, como el agua tienen momentos dipolares eléctricos permanentes. En tales materiales (llamados materiales polares) los momentos dipolares eléctricos P tienden a alinearse con el campo eléctrico externo; Como las moléculas están en agitación constante, el grado de alineamiento no es completo, pero aumenta a medida que aumenta el campo eléctrico aplicado. O a medida que la temperatura disminuya. Independientemente de que las moléculas tengan o no momentos dipolares eléctricos permanentes, los adquieren por inducción cuando se colocan en un campo eléctrico. El momento dipolar eléctrico solo ocurre en presencia de un campo eléctrico. Este momento dipolar eléctrico es proporcional al campo eléctrico (para intensidades de campo normales) y desde su creación esta alineado con dicho campo. 4. Para una diferencia de potencial dada, ¿Cómo es la carga que almacena un capacitor con dieléctrico con respecto a la que almacena sin dieléctrico (en el vacío), mayor o menor?, justifique su respuesta. Faraday descubrió que cuando el espacio entre los dos conductores de un condensador se ve ocupado por el dieléctrico, la capacidad aumenta en un factor k que es característico del dieléctrico y se denomina constante dieléctrica. La razón de este incremento es que el campo eléctrico entre las placas de un condensador se debilita por causa del dieléctrico. Así, para una carga determinada sobre las placas, la diferencia de potencial se reduce y la relación Q/V se incrementa.
5. ¿Qué se entiende por rigidez dieléctrica? Máximo campo eléctrico que no ioniza las moléculas de un dieléctrico. Los campos moderados polarizan los dieléctricos, orientan sus moléculas sin arrancar electrones de sus átomos. No producen, por tanto, corrientes de conducción en el dieléctrico, salvo las que puedan deberse a los pocos electrones libres que pueda haber. Pero si aumenta el módulo del campo, puede llagar a arrancar electrones ligados y, por tanto, a ionizar las moléculas del dieléctrico. Entonces el dieléctrico se hace conductor, la corriente crece bruscamente y suele dañarlo por elevación de su temperatura. El mayor valor del campo eléctrico que no produce este incremento brusco de corriente es la rigidez dieléctrica. Por eso una definición práctica de rigidez dieléctrica puede ser máximo campo eléctrico que puede soportar un dieléctrico sin perder sus propiedades aislantes. La rigidez dieléctrica del aire seco es 30 kV/cm. Por encima de este valor se produce arco eléctrico. 6. Al aplicar una diferencia de potencial a dos placas circulares paralelas, separadas una distancia d, se da origen a un campo eléctrico entre placas. ¿Cómo se calcula la intensidad de tal campo eléctrico? Indique sus unidades. La capacidad de un condensador de placas plano-paralelas depende de su geometría y viene dada por
Donde Ɛ0 es la permitividad del vacío y tiene un valor de 8.85*10-12 C2/Nm2, S es el área de las placas que forman el condensador y d es la distancia de separación entre ella. Si tomamos la distancia de separación entre placas mucho mas pequeña que el área de las mismas, se desprecia el efecto de borde y se considera que el campo eléctrico en el interior del condensador es constante y viene dado por
7.
Elabore una tabla con diez materiales dieléctricos con su respectiva constante dieléctrica y valor máximo de campo eléctrico de ruptura (valor de campo eléctrico antes de la ruptura de rigidez dieléctrica). 8. Defina qué es un transformador eléctrico y qué se entiende como relación de transformación. Indique su expresión matemática. (Auxíliese de los fundamentos teóricos de la practica 9). El transformador es un dispositivo eléctrico que utilizando las propiedades físicas de la inducción electromagnética es capaz de elevar y disminuir la tensión eléctrica, transformar la frecuencia (Hz), equilibrar o desequilibrar circuitos eléctricos según la necesidad y el caso específico. Transportar la energía eléctrica desde las centrales generadoras de la electricidad hasta las residencias domésticas, los comercios y las industrias. Dicho dispositivo eléctrico también es capaz de aislar circuitos de corriente alterna de circuitos de corriente continua. La relación existente entre la tensión del selenoide primario (Ep) y la tensión del secundario (Es) es igual a la relación entre el número de espiras del primario (Np) y el número de espiras del secundario (Ns).
Y efectuando transposición de términos, tenemos
Formula de la cual deducimos que la tensión inducida en el secundario es proporcional a la relación del número de vueltas del secundario con respecto a las del primario. Por lo tanto a la relación entre las vueltas o entre tensiones del primario y secundario se le denomina “relación de transformación” • • • • • •
http://www.unicrom.com/tut_polarizacion_conductor.asp http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/dielec.html http://bacterio.uc3m.es/docencia/laboratorio/guiones_esp/elecymag/Con d-plano.pdf www.nichese.com/transformador.html http://www.sapiensman.com/electrotecnia/transformador_electrico2.htm http://campus.usal.es/~electricidad/Principal/Circuitos/Diccionario/Diccionario. php?b=id:154
