PROYECTO DE FÍSICA C PPL
Diseño de un capacitor con alta capacitancia en relación a su masa
INTEGRANTES Bryan Adrián Cedeño Rivero José Andrés Orozco Vilema Washington Tarquino Salcedo Duque Patricio Darío Sellan Fajardo Pablo Andrés Torres Torres Erick Andy Naranjo Arellano Marcos Joel Vera Tumbaco
Introducción: 1) Planteamiento del Problema: En la actualidad los capacitores son considerados como un buen sustituyo de una batería, ya que este se carga mucho más rápido, sin embargo la energía que pueden almacenar es prácticamente nula en comparación a las baterías comunes en el mercado, por lo tanto, nuestro grupo acepta el reto de diseñar un capacitor que posea buena capacitancia con la menor masa posible, para ello, indagaremos en fuentes que nos brinden información fidedigna, sobre el funcionamiento de este dispositivo y mejorarlo con los conocimientos adquiridos en el curso de Física C.
2) Hipótesis: Las investigaciones hechas previamente, y los conocimientos adquiridos en clase nos ayudó a plantear las siguientes hipótesis: o La conductividad de la placa empleada influye considerablemente en la capacitancia de nuestro capacitor. o El ácido nítrico es un buen dieléctrico. o Si el dieléctrico utilizado se recubre de un líquido no conductor, la capacitancia de nuestro capacito aumentará. o La concentración del material conductor en las placas influye en la capacitancia. o Doblar las placas de manera uniforme contribuye al aumento de la capacitancia.
DISEÑO DE UN CAPACITOR CON ALTA CAPACITANCIA EN RELACION A SU MASA
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Marco Teórico: 1) ¿Qué es un capacitor? Es un dispositivo electrónico que consiste en 2 placas paralelas entre sí, separados una cierta distancia, que posee la utilidad de almacenar carga durante un corto periodo de tiempo, para alimentar a los circuitos en caso de una variación brusca en la corriente, evitando que estos se dañen.
2) Tipos de capacitores
Plásticos
Cerámicos
Electrolíticos
Este tipo de capacitores son ineficientes, debido a su poca resistencia a la temperatura, aun se utilizan en circuitos que funcionan con voltajes menores a 1V
Los capacitores cerámicos se caracterizan por su alta resistencia a la temperatura, pero poca estabilidad, una de las ventajas es que no poseen polaridad.
Los capacitores electrolíticos son los capacitores más eficientes, sin embargo estos se pueden dañar si se invierte la polaridad.
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3) Tipos de capacitores que se consideraron para el proyecto Capacitor eléctrico de aluminio: Estos capacitores son económicos. Este capacitor está hecho con hojas metálicas las cuales tienen un electrolito que puede ser seco, pastoso o acuoso. Capacitor eléctrico de tantalio: Este modelos se los discutió pero por su precio se los ha puesto solo en consideración. Se logró obtener la información de que este modelo se destacan por poseer una mayor confiabilidad y flexibilidad. Dentro de este tipo de capacitores existen tres clases: 1. Capacitores de hojas metálicas 2. Capacitores de tantalio sólido 3. Capacitores de tantalio Capacitores eléctricos de cerámica: Se los considero por ser económicos y de reducido tamaño. Además, poseen un gran intervalo de valor capacitancia para su tamaño. El material dieléctrico que se utiliza en estos capacitores puede ser titanato de calcio, de bario o bien, dióxido de titanio a los que se le agregan otros aditivos. Los capacitores eléctricos de cerámica adquieren forma de disco o tubular. Lo que no encontramos fue su fabricación por lo cual también lo tenemos en consideración. Capacitores de vidrio y mica: Se encontró este tipo de capacitor y los que nos llamó la atención fue que su rango de valores va de los pF a 0.1 uF y podía aguantar altas temperaturas. Lamentablemente tuvimos que hacerlo a un lado por su elevado costo en el mercado.
se
Capacitores cerámicos smd Manufactura: El material crudo dieléctrico es finamente molido y cuidadosamente mezclado. Luego es calentado a temperatura entre los 1100 y 1300 °C para alcanzar la composición química requerida. La masa resultante se vuelve a moler y agregan materiales adicionales para alcanzar las propiedades eléctricas necesarias. DISEÑO DE UN CAPACITOR CON ALTA CAPACITANCIA EN RELACION A SU MASA
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Capacitores de tantalio smd Los capacitores de tantalio son ampliamente usados para proveer valores de capacitancia mayores a aquellos que pueden obtener en los capacitores cerámicos.
Capacitores de electrolitos smd Se
no
sabe que tienen el mismo funcionamiento que los capacitores electrolitos y que tienen varias medidas. También que su costo es accesible pero por el momento nos dedicamos a entender el capacitor en macro antes de querer hacerlo pequeño y toparnos con algún contratiempo que entendamos.
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Materiales y métodos: Materiales
Dos láminas de aluminio 4 láminas Dieléctrico (de Acetato por el momento) Fuente de energía Cables o alambre de cobre Cinta adhesiva
Instrumentos
Tijeras Multímetro Regla Micrómetro Playo
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Procedimiento: Pasos
Fotos
Se mide y se obtiene 2 láminas de aluminio de igual dimensiones.
También se corta la lámina del dieléctrico (acetato) de tal forma que quede el doble de las láminas de aluminio, Hay que medir el grosor del dieléctrico el cual será importante para realizar los cálculos. Se corta 2 hileras de cobre o del cable, se las pega a las lamina del dieléctrico (acetato) con la cinta adhesiva se los coloca en forma de san duche, es importante tener en cuenta que no se topen las láminas de aluminio.
Se enrollan las láminas dejándola en forma de cilindro quedando en cada lado el cable o el alambre
Se mide la capacitancia con el multímetro.
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Cálculos: 1) Calcular la constante dieléctrica.
( Ad )
C=K∗ε∗
47∗10−9 [ f ]=K∗8.85∗10−12
K=
0.07 [m]∗2[m] F ∗ −3 M 0.7∗10 [m]
[ ](
)
( 47∗10−9 [ f ] ) (0.7∗10−3 [m])
(
8.85∗10−12
[ ]) ( F m
0.07[m]∗2[m])
K=26.5
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Conclusiones y Recomendaciones: 1) Conclusiones: La eficiencia de las placas varía según la concentración del material conductor. Al rociar las placas con un líquido dieléctrico la capacitancia aumentaba considerablemente. El ácido nítrico es un buen dieléctrico, sin embargo, reacciona con el cobre. Al doblar las placas aumenta la capacitancia
2) Recomendaciones: Utilizar mascarillas en el momento de utilizar ácido nítrico ya que al reaccionar con el cobre expele gases. Tener 2 multimetros y al hacer las mediciones escoger el valor medio. Utilizar un dieléctrico con una constante de ruptura alta.
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Bibliografía: Bibliography Hernan, F. (n.d.). Phet. Retrieved from Simulacion: https://phet.colorado.edu/es/simulation/capacitor-lab Milan, L. (2014, Febrero). Universidad Autonoma de Colombia. Retrieved from www.fuac.edu.co/download/Capacitores.ppt
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