CARGA DE CAPACITOR

UNIVERSIDAD CATÓLICA SEDES SAPIENTIAE

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

LABORATIRIO III – CARGA DE UN CAPACITOR

ASIGNATURA: FISICA II

PROFESOR: CALDERON DÍAZ, GRIMALDO

ALUMNO: PALOMINO CABRERA, JAIR SERGIO

CICLO: V

SEMESTRE: 2014 - I

LIMA PERÚ

CARGA DE UN CONDENSADOR

INTRODUCCIÓN

1. Objetivo general:

Demostrar la diferencia entre la carga teórica de un condensador con la carga experimental.

2. Objetivos específicos:

2.1 Obtener mediante los fundamentos teóricos el valor de la constante de tiempo(RC=ţ), tiempo de carga máxima(5ţ).

2.2 Compara los datos teóricos con el tiempo y carga parcial que se obtienen de manera experimental.

2.3 Operar correctamente instrumentos de medición de tiempo, resistencia y voltios.

FUNDAMENTO TEÓRICO

1. Condensador o Capacitador: Es un elemento empleado en todo tipo de circuitos eléctricos para almacenar temporalmente carga eléctrica. Está formado por dos conductores (frecuentemente dos películas metálicas) separados entre sí por un material dieléctrico. Cuando aplicamos una diferencia de potencial ΔV entre ambos, un conductor adquiere una carga +Q y el otro –Q de modo que:

Q = C ΔV, donde C es la capacidad del condensador. Esta última representa la carga eléctrica que es capaz de almacenar el condensador por unidad de voltaje y se mide en faradios (1 Faradio = 1Culombio / 1 Voltio).

1.2. Proceso de carga: Inicialmente el condensador ha de encontrarse descargado. Para asegurar su descarga, basta conectar antes de empezar un cable entres sus dos bornes o cruzar los extremos. Como muestra la Figura 1, al pasar el interruptor S a la posición A, la fuente de alimentación con un voltaje V o se conecta, de modo que circula una corriente i(t)a través de la resistencia R1.

Figura 1:

La corriente circula y va decreciendo desde su valor máximo mientras se almacena una carga q(t) en el condensador hasta alcanzar Qm = CVo momento en que i(t) es despreciable.

Durante este tiempo se tiene, i(t) = dq(t)/dt siendo q(t) = CVc(t) y Vc(t) la caída de tensión entre los bornes del condensador. De la Figura 2, sumando las caídas de potencial en la resistencia generador y condensador ha de tenerse que Vo = VR1(t) + Vc(t) y aplicando la ley de Ohm a la resistencia VR1(t) = R1i(t) queda la ecuación, Vo = R1i(t) + q(t)/C.

Figura 2:

Finalmente, para la carga q(t) del condensador encontramos la siguiente ecuación diferencial, dq/dt + q(t)/R1C = VoR1 que se integra fácilmente con el cambio de variable q(t) = s(t) + CVo y teniendo en cuenta que en el instante inicial q(0)= 0.

La solución es, q(t) = CVo(1−e^−t/R1C) o bien, dividiendo por la capacidad C, Vc(t) = Vo(1−e^−t/R1C)

INSTRUMENTOS

1. Condensador electrolítico: Es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente continua pero no corriente alterna.

2. Protoboard: Una placa de pruebas (en inglés: protoboard o breadboard) es un tablero con orificios conectados eléctricamente entre sí, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares. Está hecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión mecánica del circuito en sistemas de producción comercial.

3. Multitester: Un multímetro, también denominado polímetro,1 o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).

4. Cronómetro: Es un reloj cuya precisión ha sido comprobada y certificada por algún instituto o centro de control de precisión. La palabra cronómetro es un neologismo de etimología griega: Χρόνος Cronos es el Titan del tiempo, μετρον -metron es hoy un sufijo que significa aparato para medir.

5. Cable cocodrilo:

REALIZACIÓN

Primero nos aseguramos que el condensador se encuentre descargado(Q = 0) y seleccionamos en el Multitester la resistencia para la medición(R = 20 KΩ).

1. Proceso de carga

1.1 Insertamos los extremos del Condensador electrolítico en el Protoboard de tal manera que el extremo de mayor longitud es el positivo.

1.2 Luego, se harán contacto los extremos del Condensador con los cables del Multitester, considerando que el cable negro corresponde al negativo.

1.3 Al mismo tiempo ponemos en marcha el cronómetro y lo detendremos al mantenerse estable los valor de la pantalla del Multitester.

TABULACIÓN DE DATOS

1. Se realizará la acción con los 04 condensadores electrolíticos de capacitancia 470, 680, 330 y 100 microfaradios que cuentan con un voltaje máximo de 25, 16, 16 y 25 voltios respectivamente que usaremos calcular la constante de tiempo(ţ = RC) y el tiempo de carga máxima(5ţ).

2. Se usará las mediciones del cronómetro como los tiempos parciales(t) para calcular el % de carga parcial aplicando la siguiente formula: Q = Qo(1-e^-t/RC) tal que dividir la expresión por Qo y multiplicarlo por 100, se obtiene: Q/ Qo = 1-e^-t/RC

3. Usando los datos anteriores se obtiene la siguiente tabla:

C(µF) R(k) Vmax(v) RC(s) 5ţ Tiempo parcial(s) % de Carga

470 20 25 9.4 47 7.12 53.11%

680 20 16 13.6 68 9.81 51.39%

330 20 16 6.6 33 5.81 58.53%

100 20 50 2 10 5.23 92.68%

CONCLUSIÓN

Se puede concluir de lo expuesto anteriormente que la medida teórica dista mucho de la obtenida en el laboratorio y tan solo se llega a cargar un promedio de 63.93 % el capacitor. Por lo que es necesario que al utilizar este tipo de condensadores se considere primero realizar las pruebas experimentales para utilizarlos.

BIBLIOGRAFÍA

ESCUELA DE INGENIERIA AERONAUTICA Y DEL ESPACIO. Laboratorio de Física II(Guión de prácticas) http://plasmalab.aero.upm.es/

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