Laboratorio 5 - Física 3 - Osciloscópio

OBJETIVO:

Medir el tiempo de carga y descarga de un condensador en un circuito RC, usando un osciloscopio.

Determinar experimentalmente la constante de tiempo, para un circuito RC.

Estudiar como varia el voltaje y la corriente en un circuito RC

FUNDAMENTO TEORICO:

CIRCUITO RC

Se le llama circuito RC a un circuito que tiene como componentes un Resistor y un capacitor (El resistor y capacitor deben de estar en serie). El circuito del RC tiene dos partes: Carga del condensador y descarga del condensador.

Carga del condensador

En la figura a.1 no existirá corriente hasta que el interruptor no esté conectado (t=0). Una vez que este conectado la carga comenzara a fluir hasta que el capacitor este cargado (Q = C .ε máximo valor de carga)

En este proceso se supone que previamente el condensador está descargado.

De las leyes de Kirchhoff: ε- q/c – IR =0

Carga máxima al sustituir I = 0: Q = Cε … (α)

ε- q/c – dq/dt R =0… (1)

Resolviendo la ecuación 1:

q (t) = C ε(1 - e^(-t/RC)) o de α → q (t) = Q (1 - e^(-t/RC)) ….(2)

De 2: I (t)= ( ε)/R e^(-t/RC)

Al tiempo τ= RC en el que carga la carga del condensador es 0.632 de su valor final se le llama tiempo de carga del condensador. Este este mismo tiempo la corriente disminuye 0.368 de su valor inicial.

Descarga del condensador

Ahora consideramos que el condensador ya esta cargado con una carga máxima Q. Cuando el interruptor se abre ∆v= Q/C a través del capacitor y un ∆v=0 en el resistor, ya que I=0.En nuevo instante t=0 en que se cierra el interruptor el capacitor empieza a descargarse a través del resistor en consecuencia: -q/C - IR = 0

- q/c - dq/dt R = 0… (3)

Resolviendo 3 se obtienen:

q(t) = Cεe^(-t/RC)

I (t) = - ε/R e^(-t/RC)

Donde el signo menos en I indica que la corriente de descarga es de sentido opuesto a la corriente de carga del condensador.

Donde I0 = - ε/R que es la corriente inicial al inicio de la carga (cuando q=0 en el condensador).

EQUIPO Y MATERIALES:

Un osciloscopio de dos canales Elenco modelo S-1325

Un generador de función Elenco GF-8026

Una caja con condensadores y resistencias

Un multimetro digital

Cables de conexión

PROCEDIMIENTO:

Poner en operación el generador de funciones y calibrar el osciloscopio.

Variar la frecuencia de la onda cuadrada hasta obtener 250 Hz

Conectar el generador de onda al canal 1 del osciloscopio, usando un cable con los dos terminales coaxiales.

El control “tiempo/división” del osciloscopio debe estar en 0.5 ms/div. El control “voltaje/división” del canal 1 en 5 V/div y el control 30 en posición “afuera”.

Verificar que un periodo completo de la onda cuadrada ocupa 8 dimensiones horizontales y varíe la amplitud en el generador hasta que el voltaje de la onda cuadrada sea de 10 V.

Usando los elementos R1 y C1 de la caja de condensadores, establecer el arreglo experimental de la siguiente figura:

Moviendo alternativamente el control que varia los canales a “canal 1” y “canal 2” usted puede tener los gráficos de VC vs t y VR vs t.

Recuerde que VC es proporcional a la carga del condensador y VR es proporcional a la corriente en el circuito RC, así que lo que usted tiene en la pantalla son en realidad gráficos de carga vs tiempo y de corriente vs tiempo como los mostrados en las siguientes figuras:

Usando el control “voltaje/división” y el control “desplazamiento vertical” logre que la curva Vc vs t ocupe 5 cuadraditos verticalmente.

Mira el tiempo “t” en el cual el voltaje a través del condensador va de 0 a 0,63V0, en la curva de carga. (V0 es el voltaje máximo que alcanza el condensador).

Mida el tiempo en el cual el voltaje a través del condensador va de V0 a 0,37V0, en la curva de descarga del condensador.

Cambie el control que varia los canales a “canal 2” y observe la corriente en función del tiempo.

Mida el tiempo en que la corriente decae a 37% de su valor inicial.

Jale hacia afuera el control posición vertical, al costado del otro, y coloque el control que varía los canales en posición ADD, se observara la onda cuadrada. ¿Por qué?

Mida con un multímetro digital el valor en ohmios de las resistencias que ha usado en el circuito RC. Usando el valor de “t” obtenido experimentalmente y la relación “t = RC” determine el valor de la capacitancia.

Use la resistencia R1 y el condensador C2, y repita los pasos del 7 al 16.

Repita los pasos del 7 al 16 usando

...