GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DE FÍSICA
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Condensadores. Parte VI.

 

Medida del tiempo de choque entre superficies metálicas

Material

Pila de 4,5 V (3)

Multímetro (2)

Condensador de 1000 mF  electrolítico (3)

Reóstato de 32 W (u otro diferente)

Péndulo con bola metálica

Chapa de metal

Electroimán

Cables de conexión

Soporte

Interruptor

Este experimento requiere que trabajen tres alumnos. Uno realiza las lecturas en los multímetros,   otro controla la bola en el electroimán y el tercero realiza la toma de datos.

SOLUCIONARIO

Esquema del montaje

1.- Tres pilas de 4,5 V conectadas en serie    

2.- Reóstato   

3.- Multímetro preparado como óhmetro    

4.- Condensador electrolítico de 1000 m F

5.- Multímetro preparado como voltímetro

6.- Chapa metálíca con soporte

7.- Hilo de cobre    

8.- Bola metálica                          

9.- Electroimán   

10.- Interruptor

11.- Fuente de alimentación del electroimán

El montaje  requiere que la chapa metálica esté fija a la mesa de trabajo,  puesto que la bola durante el experimento la golpeará varias veces y la chapa no debe moverse. También el sistema que lleva el electroimán debe estar fijo a la mesa. Si no se toman estas precauciones el experimento fallará.

Fotografía 1

En la fotografía  se  indica  el comienzo de una medida. El multímetro se coloca entre los bornes del reóstato ,actuando como óhmetro,  y se mide la resistencia. El circuito está abierto  pues la bola se mantiene unida al electroimán. En la fotografía. la chapa metálica queda oculta pero  sí se ve el soporte de madera donde va montada.

Fotografía 2

Esta fotografía es continuación de la anterior. Se ha quitado el óhmetro y entre los extremos del condensador se coloca un voltímetro. El circuito sigue abierto pues la bola permanece unida al electroimán. Se observa que el interruptor está cerrado.

Fotografía 3

Ahora se  abre el interruptor la bola abandona el electroimán golpea la chapa y el condensador se carga  durante el tiempo de choque. Estas tres fotografías son la secuencia  para obtener una medida de R  y de V.

Preparación del material

 

Antes del montaje del circuito deben preparase algunos dispositivos.

 

La bola metálica se dispone como un péndulo simple. El hilo que la sostiene es de cobre.

La chapa metálica se ha fijar con solidez sobre un soporte de madera. 

 

Al núcleo del electroimán  se le pega una arandela para que la bola lo abandone desde el mismo lugar.

 

 

Fotografía 4

En  esta fotografía se observa con mayor detalle el montaje del experimento. Puede apreciarse la unión de la bola al circuito y la chapa metálica que se ha utilizado.

Fotografía 5

La fotografía 5  muestra cómo está unida la chapa al soporte de madera y cómo está situada la arandela en el núcleo del electroimán.      

Fotografía 6

La fotografía 6 es la del soporte de madera visto por de-trás,  donde se aprecia la situación del  borne que permiten unirla al circuito.

Modo de operar

 

a) Medidas con el condensador de 1000 mF

Con el circuito abierto (la bola no está en contacto  de la chapa metálica) se coloca el óhmetro en el reóstato y se mide la resistencia. La primera medida, que es la de resistencia menor,  debe ser de   unos  10 W. Se retira el óhmetro y si es preciso se descarga el condensador (basta conectar un hilo metálico entre sus bornes). La bola está  sujeta sobre el electroimán. Se abre el interruptor, la bola golpea a la chapa una sola vez y el alumno que está pendiente del voltímetro, lee la lectura más alta de éste. En la tabla I se anotan ambos valores, el de la resistencia y el del voltímetro. Se repite la medida 10 veces.

Se abre el circuito de modo que  la bola no esté  en contacto con la chapa, se cambia la resistencia del reóstato a un valor mayor que el anterior. Se mide y anota la medida. Se retira el óhmetro  y se  descarga el condensador. Se suelta la bola y se lee la lectura más alta del voltímetro. Se repite la operación 10 veces.

Las sucesivas lecturas se realizan siguiendo el proceso anterior. Finalmente se mide el voltaje entre las pilas Vo. Todos los valores experimentales se recogen en la tabla I.

 

b) Medidas con dos condensadores  de 1000 mF en serie.

En lugar de un solo condensador de 1000 mF se colocan dos en serie con lo que se tiene una capacidad de 500 mF. Se realizan las medidas como en le caso a) y los valores se anotan en la tabla II.

 

 

c) Medidas con tres condensadores  de 1000 mF en serie.

La capacidad de los tres condensadores en serie es 333 mF. El procedimiento de toma de medidas es igual  al realizado anteriormente. Los valores se anotan en la tabla III.

Fundamento

Cuando la bola no hace contacto con la chapa metálica  el condensador está descargado.  Cuando se suelta la bola, ésta golpea a la chapa y rebota. Durante el breve tiempo en que han estado en contacto bola y chapa el circuito eléctrico se ha cerrado y el condensador ha adquirido una cierta carga, que depende de la capacidad del condensador y de la resistencia que está en serie con él.

La ley que rige la carga del condensador es:

 


 

Al representar en el eje de ordenadas frente a en el eje de abscisas, se obtiene una línea recta cuya pendiente nos mide el tiempo de contacto entre la bola y la chapa.

 

En la represtación gráfica, V es el valor medio que aparece en las tablas para cada resistencia y Vo es la caída de tensión entre las pilas.

En las tres series de medidas solamente cambia la capacidad del condensador, por consiguiente las tres gráficas deben dar pendientes iguales o muy parecidas.

Tabla 1

C=

Vo =

Resis-

tencia

R/W

10ª

Voltaje medio

Vm/V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Represente ln  en el eje Y frente a  en el eje X y determine el valor de t

 

Tabla 2

C=

Vo =

Resis-

tencia

R/W

10ª

Voltaje medio

Vm/V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Represente ln  en el eje Y frente a  en el eje X y determine el valor de t

 

Tabla 3

C=

Vo =

Resis-

tencia

R/W

10ª

Voltaje medio

Vm/V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Represente ln  en el eje Y frente a  en el eje X y determine el valor de t