UNA GRAN FUNDACIÓN UNIVERSITARIA DEL ÁREA ANDINA

CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

Laboratorio de Física

SEBASTIAN DAVID ELJAIEK

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA DEL ÁREA ANDINA

FACULTAD DE INGENIERIA

VALLEDUPAR, CESAR

2017

CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

Laboratorio de Física

SEBASTIAN DAVID ELJAIEK

Laboratorio No. 4

FISICA II

Asesor Metodológico y Temático

CARLOS DÍAZ FERNANDEZ

Ingeniero Electrónico & Docente Académico

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA DEL ÁREA ANDINA

FACULTAD DE INGENIERÍA

VALLEDUPAR, CESAR

2017

CONTENIDO[pic 3][pic 4]

1. INTRODUCCIÓN

En palabras resumidas un circuito electrónico es el camino por el cual fluye la corriente eléctrica, la cual se origina de una fuente de poder, pasa a través de las resistencias, condensadores, diosos, u otro elementos con contenga el dispositivo para finalmente regresar al punto de partida. En nuestra práctica emplearemos los circuitos RC que son sistemas basados en resistores-capacitores, siendo los segundos empleados para el almacenaje temporal de carga eléctrica conformado por placas metálicas separadas por láminas.

En términos de física los circuitos RC son especiales debido a que las variables como corriente, voltaje y la potencia cambian con el tiempo, es decir que son directamente dependientes de él debido al proceso de cargue y descargue de un condensador. Mediante la prueba de laboratorio se construirá un escenario basado en un circuito RC, con el objetivo de cuantificar el tiempo que tarda en cargar y descargar un capacitor con su respectiva resistencia y fuente de poder. Para esto también se empleara DataStudio con el propósito de obtener una gráfica de voltaje vs tiempo y de corriente vs tiempo para así analizar de manera detallada el comportamiento de la corriente y la carga del capacitor en función del tiempo.

2. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

• Analizar la forma como varía la diferencia de potencial en los terminales de un capacitor al someterlo a un proceso de carga y descarga en un circuito RC, así como la intensidad de corriente que circula en el circuito RC en ambos casos.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Determinar el voltaje en las terminales de un capacitor que se carga y descarga en un circuito RC.

• Analizar el comportamiento de la corriente durante el proceso de carga y descarga de un capacitor en un circuito RC

• Determinar la constante de tiempo del capacitor para el circuito RC estudiado.

2. MATERIALES DE LABORATORIO

El presente trabajo de laboratorio fue realizado empleando los siguientes instrumentos:

• Sensor de Voltaje.
• Protoboard.
• Fuentes de voltaje.
• Resistores.
• Leds.
• Cables conectores.

3. FUNDAMENTOS FÍSICOS

Una CAPACITOR es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.

En el caso de los filtros de alimentadores de corriente 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 alterna pero no corriente continua. Los condensadores electrolíticos pueden tener mucha capacitancia, permitiendo la construcción de filtros de muy baja frecuencia.

También se utilizan en circuitos temporizadores, filtros en circuitos de radio y TV. Fuentes de alimentación, arranque de motores, etc.

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La Figura 1 muestra un circuito simple para cargar un capacitor visto con un LED. Un circuito como este, que tiene un resistor y un capacitor conectados en serie, se llama circuito R-C. Se ha idealizado la batería (o fuente de energía eléctrica) para que tenga una femE constante y una resistencia eléctrica igual a cero (R = 0), y se desprecia la resistencia de todos los conductores de conexión. Se comienza con el capacitor descargado; después, en cierto momento inicial, t = 0, se cierra el interruptor lo que completa el circuito y permite que la corriente alrededor de la espira comience a cargar el capacitor, le ponemos un LED para poder visualizar cómo se comporta el circuito. Este adquiere una carga eléctrica final Qf y una diferencia de potencial Vmax. Aplicando la ley de Kirchhoff para las mallas se obtiene que:

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Cuando el capacitor se descarga a través del resistor, entonces se demuestra que

[pic 8]

La Figura 2 muestra el circuito de descarga del capacitor.

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En el proceso de carga, una vez que el tiempo es igual a RC, la corriente en el circuito R- ha disminuido a 1/e (alrededor de 0.368) de su valor inicial. En ese momento la carga del capacitor ha alcanzado el (1 – 1/e) = 0.632 de su valor final Qt. Por lo tanto, el producto RC es una medida de la rapidez con que se carga el capacitor. El término RC recibe el nombre de constante de tiempo, o tiempo de relajación del circuito y se denota por Ʈ, donde:

[pic 11]

3.1  Ideas Previas

• Cuando un capacitor, una material y un resistor se conectan en serie, ¿el resistor afecta la carga máxima que se almacena en el capacitor? ¿Por qué? ¿Qué finalidad tiene el resistor?

RTA: La carga máxima del condensador siempre será la misma ya que la función de la resistencia es influir o hacer variar el tiempo que tarda en cargarse el capacitor.  Es decir que la finalidad del resistor es crear una constante de tiempo para utilizar al circuito en alguna forma de temporizador y/o limitar la corriente de carga del mismo a valores aceptables para la batería y la instalación.

• Para resistencias muy grandes es fácil construir circuitos RC que tengan constantes de tiempo de varios segundos o minutos. ¿Cómo se utilizaría este hecho para medir resistencias muy grandes, del tipo que son demasiado grandes como para medirlas con métodos más convencionales?
• Verifique que la constante de tiempo RC tiene unidades de tiempo.

5. ACTIVIDAD PRÁCTICA

La Figura 1 muestra el circuito de estudio. Realice el montaje de acuerdo al mismo. Tenga en cuenta que de realizar una conexión indebida puede causar daños irreparables en el equipo de trabajo.

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