Condensador carga

CIRCUITO RC[pic 1]

1.        OBJETIVOS

• Estudiar los procesos de carga y de descarga de un condensador a través de una resistencia
• Determinar experimentalmente la constante de tiempo de un circuito RC

2.        MODELO TEÓRICO

[pic 2]

Los capacitores, también llamados condensadores, son dispositivos eléctricos que permiten almacenar carga eléctrica y, por lo tanto, energía potencial eléctrica. Cuando se conectan a una fuente de voltaje DC, su tiempo de carga o de descarga, se puede controlar anteponiendo una resistencia en serie. Si el interruptor del circuito de la izquierda pasa a la posición A, comienza el proceso de carga. Mediante la regla de Kirchhoff de voltajes, se llega a la siguiente ecuación:

                 (1)[pic 3]

donde  representa el voltaje de la fuente (también conocida como f.e.m. = fuerza electromotriz),  es la carga en el condensador,  la capacitancia,  la resistencia e  es la corriente en el circuito. Cuando el condensador está inicialmente descargado, la solución de esta ecuación para la carga y el voltaje en el condensador, son: [pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8]

                 (2)[pic 9]

donde  es llamado constante de tiempo (tiene unidad de segundos) y representa el tiempo para el cual el condensador se ha cargado en un 63%, decir, .[pic 10][pic 11]

Así mismo, el proceso de descarga inicia cuando el interruptor pasa a la posición B del circuito. En estas condiciones, la ecuación y la solución correspondiente son:

                 (3)[pic 12]

donde  y  son la carga y el voltaje iniciales del condensador. En este caso la constante de tiempo  representa el tiempo para el cual el condensador se ha descargado un 37%, es decir, .[pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

Las siguientes figuras muestran los procesos de carga y de descarga, del voltaje en el condensador como función del tiempo:

[pic 17]

Fig. 1. Curvas de voltaje como función del tiempo en el condensador: (a) proceso de carga, (b) proceso de descarga

3. DISEÑO EXPERIMENTAL[pic 18]

[pic 19]

3.1        Materiales y Equipo

1. Fuente de alimentación DC         [pic 20]

2. Caja de circuitos Pasco

3. Xplorer GLX Pasco

4. Resistencias de 20kΩ o 200kΩ

5. Condensadores de 47µF o 470µF

6. Cables de conexión

3.2        Procedimiento experimental

PROCESO DE CARGA

[pic 21]

Realice un montaje como el de la figura de la izquierda dejando el cable del positivo de la fuente sin conectar. En cualquier caso, no supere en 10 V el voltaje de alimentación. Escriba los valores de la resistencia, de la capacitancia y voltaje utilizados. Use una de estas dos combinaciones 47µF y 200kΩ, o 470µF y 20kΩ:

R =_______________     C =_______________     ε =_______________

Antes de comenzar la carga del condensador, asegúrese que éste se encuentra totalmente descargado. Para esto, haga un cortocircuito entre sus dos terminales.

Conecta la interfaz del Xplorer GLX para leer el voltaje en el condensador. Diríjase al apartado de gráficos (Graph) en el menú para visualizar el voltaje como función del tiempo.

Conecte el cable del positivo de la fuente para comenzar el proceso e inicie la captura de datos en el Xplorer presionando la tecla de play. Deje cargar el condensador aproximadamente unos 30 segundos. Desconecte la fuente de alimentación del circuito y pause la toma de datos en el Xplorer.

...