Condensador de placas paralelas: carga y almacenamiento de energía

1 · Predecir

Un capacitor de placas paralelas tiene una geometría fija (área y espacio). Si aumenta el voltaje a través de él, ¿la energía almacenada crece en proporción directa o más rápido?

• La energía almacenada crece más rápido que el voltaje; depende del voltaje al cuadrado.
• La energía almacenada es directamente proporcional al voltaje.
• La energía almacenada no depende del voltaje.

2 · Configurar

1. Abra el preajuste de placas paralelas y presione Restablecer. Área de las placas = 0.05 m², separación = 2 mm.
2. Habilite las lecturas de carga y energía almacenada.
3. Establezca el voltaje de la placa para cada prueba y registre la carga y la energía almacenadas.

3 · Recopilar Datos

Grafique la energía almacenada U (eje y) frente al voltaje V (eje x) para sus tres pruebas. ¿La curva es recta o se curva hacia arriba?

4 · Analizar

1. Para una prueba, calcule C = ε₀A/d usando A = 0.05 m², d = 0.002 m (igual en todas las pruebas), luego Q = CV y U = ½CV². Compare los tres con la tabla.
2. Explique, usando U = ½CV², por qué duplicar el voltaje cuadriplica la energía almacenada en lugar de duplicarla, aunque la carga almacenada solo se duplica.

5 · Ampliar

1. La capacitancia C = ε₀A/d depende solo de la geometría de las placas, no del voltaje que aplique. Explique por qué un condensador físicamente más grande (A más grande o d más pequeño) puede almacenar más carga al mismo voltaje.
2. Un desfibrilador médico carga un condensador a alto voltaje y luego lo descarga a través del paciente en una fracción de segundo. Usando U = ½CV², explique por qué los médicos usan un voltaje alto en lugar de una capacitancia alta para entregar rápidamente la energía necesaria.

La física detrás de este experimento

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