Lab5.Carga y Descarga

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Asignatura

: FISICA III

Profesor

: OSORIO MALDONADO DANIEL.

Integrantes de grupo : ASENCIO SIFUENTES ILVI AYSER 20081046K FERNANDÉZ VILANUEVA DAVID 2008 MANRIQUE LOPEZ FELIX ANTONIO 20072549C RAMOS REYNA KAREN ISABEL 20084086C SIFUENTES SALINAS EMERSON MARCIAL 20081114F

Sección

: “D”

Fecha de entrega

: 09 de diciembre de 2009

LABORATORIO FISICA III

CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR EN UN CIRCUITO RC

ÍNDICE á

ó

á

á

á

á

á

á

ág. 20

á

ía--------------------

2





Medir la capacitancia de un condensador en un circuito RC.



Observar cómo es varia la carga almacenada en un condensador en función

del tiempo por medio de un osciloscopio.



Encontrar los valores máximos de corriente que puede soportar un

condensador.

3



ó

El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presi ón que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica. A mayor diferencia de potencial o presi ón que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor ser á el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor. La diferencia de potencial entre dos puntos de una fuente de FEM se manifiesta como la acumulación de< cargas eléctricas negativas (iones negativos o aniones), con exceso de electrones en el polo negativo ( – ) y la acumulación de cargas eléctricas positivas (iones positivos o cationes), con defecto de electrones< en el polo positivo (+) de la propia fuente de FEM.

Resistencia eléctrica es toda oposici ón que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulaci ón de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en s í una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica. Un material de mayor longitud tiene mayor resistencia eléctrica. Ver informaci ón adicional en: La resistividad

Un material con mayor secci ón transversal tiene menor resistencia. (Imaginarse un cable conductor cortado transversalmente). La direcci ón de la corriente (la flecha de la corriente) en este caso entra o sale de la p á gina.

4



Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulaci ón de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

Se observa el sentido del flujo de electrones Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones de la f ísica y se debió a que en la época en que se formul ó la teoría que trataba de explicar c ómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los f ísicos desconocían la existencia de los electrones o cargas negativas. Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubri ó también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo ( – ) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley f ísica de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad cient ífica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se mov ía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la pr áctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.

El condensador o capacitor almacena energ ía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar.

5



La capacidad depende de las caracter ísticas f ísicas del condensador: - Si el área de las placas que est án frente a frente es grande la capacidad aumenta - Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad - El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas también afecta la capacidad - Si se aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada

En esta grafica se detalla la estructura interna b ásica de un condensador. Esta formado por dos placas par alelas (las placas plomas). Un condensador almacena carga.

Tipos de condensadores 1) Electrolíticos. Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electr ólito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1 µF. Arriba observamos claramente que el condensador nº 1 es de 2200 µF, con una tensi ón máxima de trabajo de 25v. (Inscripci ón: 2200 µ / 25 V).

La figura se ve el condensador electrolítico que soporta hasta una descarga de 25v.

6



2) Electrolíticos de tántalo o de gota. Emplean como dieléctrico una fin ísima película de óxido de tantalio amorfo, que con un menor espesor tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y una capacidad superior a 1 µF. Su forma de gota les da muchas veces ese nombre.

Aquí vemos el condensador electrol ítico de tántalo. 3) De poliester metalizado MKT. Suelen tener capacidades inferiores a 1 µF y tensiones de trabajo a partir de 63v. M ás abajo vemos su estructura: dos l áminas de policarbonato recubierto por un dep ósito metálico que se bobinan juntas. Aqu í al lado vemos un detalle de un condensador plano de este tipo, donde se observa que es de 0.033 µF y 250v. (Inscripci ón: 0.033 K/ 250 MKT).

Aquí vemos el condensador de poliéster metalizado. 4) De poliéster. Son similares a los anteriores, aunque con un proceso de fabricaci ón algo diferente. En ocasiones este tipo de condensadores se presentan en forma plana y llevan sus datos impresos en forma de bandas de color, recibiendo com únmente el nombre de condensadores "de bandera". Su capacidad suele ser como m áximo de 470 nF.

7



Aquí vemos el condensador de poliéster. 5) De poliéster tubular. Similares a los anteriores, pero enrollados de forma normal, sin aplastar.

Aquí vemos el condensador de poliéster tubular 6) Cerámico "de lenteja" o "de disco". Son los cerámicos más corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre 0.5 pF y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de bandas de color. Aquí abajo vemos unos ejemplos de condensadores de este tipo.

Aquí vemos el condensador cerámico de lenteja. Estos son tan usados como los electrol íticos. 7) Cerámico "de tubo". Sus valores de capacidad son del orden de los picofaradios y generalmente ya no se usan, debido a la gran deriva térmica que tienen (variaci ón de la capacidad con las variaciones de temperatura).

8



En este grafico se muestra a la izquierda la estructura externa del condensador tubular; y a la derecha su estructura interna.

El circuito RC es un circuito formado por resistencias y condensadores. Para un caso especial se considera un condensador y una resistencia que se ordenaran en serie. En el circuito RC la corriente var ía en el tiempo debido a que la carga en el condensador empieza de cero hasta llegar a un valor máximo.

En la grafica mostrada se detalla un circuito RC. Llamaremos circuito 1 cuando el interruptor este cerrado (carga de condensador). Ocurrirá descarga cuando ya este presente la fuente.

Descarga del condensador Inicialmente (t = 0) el circuito se encuentra abierto y el condensador est á cargado con carga + Q0 en la placa superior y -Q0 en la inferior. Al cerrar el circuito, la corriente fluye de la placa positiva a la negativa, pasando por la resistencia, disminuyéndose as í la carga en el condensador. El cambio de la carga en el tiempo es la corriente. En cualquier instante la corriente es:

…….(1) Recorriendo el circuito en el sentido de la corriente, se tiene una ca ída de potencial IR en la resistencia y un aumento de potencial. De acuerdo a la ley de conservaci ón de la energía se tiene

…(2)

9



Sustituyendo la ecuación (1) en la ecuaci ón (2) y re acomodando términos

…(3) La solución de la ecuaci ón (3) nos proporciona el comportamiento de la carga como función del tiempo y ésta es

…(4) La ecuación (4) nos indica que la carga en el condensador disminuye en forma exponencial con el tiempo. La corriente, por lo tanto ser á

…(5) Esto es, la corriente también disminuye exponencialmente con el tiempo.

Carga del condensador En el momento de cerrar el interruptor empieza a fluir carga dentro del condensador, que inicialmente se encuentra descargado. Si en un instante cualquiera la carga en el condensador es Q y la corriente en el circuito es 1, la primera ley de Kirchhoff nos da

……(6) Esta es una ecuación diferencial lineal de orden 1 cuya soluci ón es:

…(7) La corriente, por lo tanto ser á:

10



…(8)

Aquí se muestra la grafica de carga en función del tiempo. Se observa que en proceso de carga la curva crece y en el proceso de descarga esta curva decrece

11





Un multimetro digital

El mult ímetro digital es un instrumento que sirve para medir voltajes, intensidades de corriente y resistencias.



Caja de condensadores y resistencias

La figura muestra una serie de resistencias y capacitores que servirán para realizar circuitos

12





Un osciloscopio de dos canales Elenco modelo S-1325

La imagen muestra un osciloscopio, instrumento que sirve para medir voltajes.



Un generador de funci ón GF-8026

La imagen muestra un, generador, sirve para variar las características (amplitud, voltaje, etc.) de la se ñal producida.



Cables de conexión

Aquí se muestra un conjunto de cables que servir án para realizar múltiples conexiones en serie y paralelo.

13



INICIO

Armamos el circuito según el grafico del manual.

Combinando cada capacitor con cada una de las resistencias

Variamos la frecuencia con el generador hasta tener en la pantalla del osciloscopio una imagen como la que se muestra.

Hallamos el “” que es el segmento de recta que se encuentra al comienzo de la curva hasta debajo del punto que representa el 65% de la altura.

También hallamos la frecuencia para dicho esquema

Recopilamos los datos y lo escribimos en la hoja de datos.

FIN 14



á

INICIO

Conectamos cada una de las resistencias al multímetro digital

Procedemos a medir la respectiva resistencia

De igual manera conectamos los capacitores

Medimos la capacitancia de cada capacitor

Finalmente transcribimos los datos a la hoja de datos.

FIN

La imagen muestra el circuito ya armado.

15



A continuación mostraremos los valores obtenidos con ayuda del mult ímetro los valores de cada resistencia (ver tabla 1) y la capacitancia de cada condensador (ver tabla 2). Tabla 1 R 1

6890 ohm

R 2

9880 ohm

R 3

6997 ohm

Tabla 2 C1

10.4 nF

C2

30.7 nF

C3

41.1 nF

Como siguiente paso se mostrara un cuadro con los valores de cada resistencia y el T experimental (esto es igual al producto RC); luego al dividir este T entre el valor de la resistencia obtendremos el valor de la capacitancia. Tabla 3 R 1 = 6890

0.07

10.160

C1

R 1 = 6890

0.20

29.028

C2

R 1 = 6890

0.30

43.541

C3

R 2 = 9880

0.10

10.121

C1

R 2 = 9880

0.30

30.364

C2

R 2 = 9880

0.40

40.486

C3

R 3 = 6997

0.07

10.004

C1

R 3 = 6997

0.22

31.442

C2

R 3 = 6997

0.29

41.446

C3

16



En la tabla 3 se muestra la capacitancia obtenida experimentalmente de cada condensador, en esta tabla se detalla en cada fila los valores encontrados en cada circuito, ya que se hizo una combinaci ón de todas las resistencias con todos los condensadores. á

í

Para hallar el valor m áximo de la corriente se necesita del valor del voltaje, cuyo valor se obtuvo del osciloscopio; dicho valor fue 2 volt para todos los casos. Por tanto podemos asumir que ε es constante en nuestra experiencia.

Corriente máxima La corriente máxima en el proceso de carga del condensador seria la misma en el proceso de descarga de dicho condensador solo que en este ultima adopta un signo negativo el cual indica un sentido contrario de la corriente. Bien pues, el proceso de carga dicha corriente se da cuando el tiempo es cero como se aprecia en la ecuaci ón 8. Luego reemplazamos los valores en dicha ecuación tenemos que: Tabla 4 á

R 1 = 6890

2.00

2.903

C1

R 1 = 6890

2.00

2.903

C2

R 1 = 6890

2.00

2.903

C3

R 2 = 9880

2.00

2.024

C1

R 2 = 9880 R 2 = 9880

2.00 2.00

2.024 2.024

C2 C3

R 3 = 6997

2.00

2.858

C1

R 3 = 6997

2.00

2.858

C2

R 3 = 6997

2.00

2.858

C3

No olvidemos que al hablar de valor m áximo, usamos siempre valor absoluto.

17



Corriente mínima La corriente mínima seria cero, pero como en nuestro experimento el condensador se carga y descarga en un mismo intervalo de tiempo; después de este tiempo obtendremos un valor de corriente el cual ser á nuestro valor mínimo. La inversa de dicho tiempo de cambio es la frecuencia. Ahora al reemplazar t = 1/ f en la ecuaci ón 8 obtenemos Imin.. Dicho valor mínimo será para el proceso de carga un valor positivo; y en el proceso de descarga tomara un signo contrario (el cual indica sentido opuesto de la corriente).

Tabla 5

R 1 = 6890

2.00

1206.00

C1=10.4

27.369

R 1 = 6890

2.00

365.76

C2=30.7

7.069

R 1 = 6890

2.00

233.70

C3=41.1

0.795

R 2 = 9880

2.00

666.49

C1=10.4

0.922

R 2 = 9880

2.00

272.13

C2=30.7

11.085

R 2 = 9880

2.00

236.22

C3=41.1

60.071

R 3 = 6997

2.00

2799.00

C1=10.4

21080.338

R 3 = 6997

2.00

2388.00

C2=30.7

406889.289

R 3 = 6997

2.00

2275.00

C3=41.1

619868.877

No olvidemos que al hablar de valor m áximo, usamos siempre valor absoluto.

18





Se hallo experimentalmente la capacitancia de cada condensador, siendo estos valores (ver tabla 3) muy pr óximos a los teóricos.



Nunca la corriente en un circuito ser á cero, pues si bien la corriente decrece exponencialmente, solo llegar á a ser nula cuando el tiempo de carga o descarga sea infinito (como se aprecia en la ecuación 8).



Los valores mínimos de corriente, dependen en gran medida de la frecuencia de cambio carga- descarga (ver tabla 5).



Si la resistencia es peque ña, es más f ácil que fluya la corriente; entonces el capacitor se carga en menor tiempo (ver tabla 3).



En este experimento se observa la relaci ón que hay entre el tiempo con la carga el condensador , es un tipo de relación directa es decir cuando aumenta el tiempo también aumente la carga del condensador , por otro lado la relación que tiene la descarga del condensador con respecto al tiempo es una relación indirecta , a medida que transcurra más tiempo la carga del condensador es menor pero estrictamente la carga con el condensador aumentan o decrecen exponencialmente .



Concluimos con respecto a los gráficos del descarga se puede ver que en al inicio de las mediciones la diferencias de voltajes de descarga eran mayores

con respecto a las descarga final , la diferencia de voltajes

mientras avanza el tiempo disminuye los intervalos de descarga . lo que nos lleva a tener una curva logarítmica. 

Cuando se carga un condensador la corriente se aproxima así ntotamente a cero y la carga del condensador tiende asintotamente a su valor final y el aumento de carga en el condensador hacia su valor limite se retrasa durante su tiempo caracterizado por la constante del tiempo RC . si un resistor (RC=0) la carga llegar ía inmediatamente hacia su valor limite.

19





Usar instrumentos digitales ya que poseen una mayor precisi ón que los instrumentos normales y apresuran el cálculo.



Usar la mayor aproximaci ón ya que en el c álculo de la corriente m ínima, los valores al aproximarse a cero necesitan de una mayor precisión numérica para su cálculo.



Recomendamos

a

toda gente

estudiantil

utilizar instrumentos

m ás

adecuados y que estén en buen funcionamiento para as í obtener resultados más próximos con la parte teórica y así para aplicar en el campo de ingenier ía. 

Sugerimos que para tener certeza del experimento que se va realizar debe estar guiado por un profesor especialista y se debe hacer los experimentos más de una vez por ejemplo dos o tres veces.



Sugerimos que nunca opere el equipo o instrumento si desconoce el funcionamiento consulte con un profesional encargado para asi evitar accidentes.



También sugerimos a toda el estudiante antes que realice el experimento en el laboratorio debe haber investigado y estudiado la parte te órica y así para comprobar la parte teórica con la parte experimento.



Asegurase estrictamente que la fuente de energía debe estar desconectada cuando realice conexiones y siempre al final de cada medici ón reduzca la tensión y desconecte la fuente de energía.

20



BIBLIOGRAFIA 

http://fismat.uia.mx/examen/servicios/laboratorios/fisica/pdfpracticas/ELECTR/Circuitos_RC.pdf



http://www.planetaelectronico.com/cursillo/tema2/tema2.3.html



http://images.google.com.pe/images?&um=1&hl=es&q=carga+en+un+circuito+R C&&sa=N&start=40&ndsp=20



http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/rc/rc.htm



Serway Raymond A. "Fisica Tomo II"



http://www.monografias.com/trabajos12/circu/circu.shtml#con

21

Lab5.Carga y Descarga

Recommend Documents