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UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES, EXACTAS Y DE LA EDUCACIÓN DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Adaptó: Ing. Arbey Osorio Dulce [email protected]

PRÁCTICA LABORATORIO

CARGA Y DESCARGA DE CAPACITORES OBJETIVOS 1. Estudiar el comportamiento de las curvas de carga y descarga del capacitor. 2. Reconocer el capacitor como un dispositivo de almacenamiento de energía.

MÉTODO Se medirán tensiones a través del capacitor para seis constantes de tiempo que involucran su capacitancia y la resistencia interna del multímetro.

MATERIALES 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

1 Resistencia de 1 MΩ (½ W, 5%). 1 Resistencia de 10 KΩ (½ W, 5%). 1 Resistencia de 2.2 KΩ (½ W, 5%). 1 Capacitor de 1 µF/25V, electrolítico. 1 Capacitor de 0.1 µF/16 V, electrolítico. 1 Cronómetro. 1 Fuente de alimentación variable de 0 a 15 cd regulada. 1 Protoboard. 1 Multímetro. 1 Generador de funciones. 1 Osciloscopio.

MONTAJE

Figura 1. Diagrama esquemático descarga capacitor.

Figura 2. Diagrama esquemático carga capacitor. Figura 3. Diagrama esquemático para la práctica, onda cuadrada de entrada. Laboratorio de Electromagnetismo – Carga y descarga de capacitores

Ing. Arbey Osorio Dulce

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PROCEDIMIENTO 1. Lea completa y detenidamente esta guía; asegúrese de comprenderla y contar con todos los elementos necesarios para la realización de la práctica antes de llevar a cabo cualquier otra labor. DESCARGA DE UN CAPACITOR 2. Con la fuente apagada y los interruptores abiertos monte el circuito de la Figura 1. Ponga la fuente de alimentación en su menor voltaje. Tenga precaución con la polaridad del capacitor. 3. Cierre S1 y encienda la fuente; aumente su tensión hasta que el multímetro indique 12 V (VRint). En estas condiciones mida la tensión que está entregando VFA. Registre sus observaciones en la Tabla 1. 4. Calcule la resistencia interna del multímetro Rint a partir de la ecuación: 𝑅𝑖𝑛𝑡 =

𝑉𝑅𝑖𝑛𝑡 (𝑉) × 1𝑀Ω 𝑉𝐹𝐴 − 𝑉𝑅𝑖𝑛𝑡 (𝑉)

Lea la Rint nominal del multímetro en su manual de usuario o especificaciones. Registre Rint calculada y nominal en la Tabla 1. 5. Mida la capacitancia C. Registre en la Tabla 1. 6. A partir de los valores Rint (calculada) y C (medida) calcule la constante de tiempo 𝜏 = 𝑅𝑖𝑛𝑡 𝐶. Determine el valor en segundos para los factores multiplicadores de la constante de tiempo 1, 2, 3, 4, 5 y 10. Registre sus cálculos en las tablas 1 y 2 del preinforme.

Laboratorio de Electromagnetismo – Carga y descarga de capacitores

PRÁCTICA LABORATORIO

7. Cargue el capacitor cerrando S2; estará completamente cargado cuando la lectura del multímetro se estabilice cerca a los 12 V. Este valor será el voltaje inicial en el capacitor; regístrelo en la Tabla 1. 8. Abra S1 al tiempo que inicia el cronómetro. Para cada constante de tiempo de la Tabla 1 tome la lectura de voltaje a través del capacitor y regístrela en la misma tabla. Cierre S1 y espere hasta que la lectura del multímetro se estabilice de nuevo cerca a los 12 V. 9. Repita el paso anterior dos veces más. 10. Abra S1 y S2. Apague la fuente y ponga su control de voltaje de salida al mínimo. 11. Para cada una de las seis constantes de tiempo de la Tabla 1 determine el voltaje promedio medido y calcule el voltaje del capacitor Vc. Registre en la Tabla 1. CARGA DE UN CAPACITOR 12. Con la fuente apagada, S1 y S2 abiertos monte el circuito de la Figura 2. 13. Cierre S1 y S2 e incremente el voltaje de la fuente hasta que el multímetro indique 12 V; en este punto el capacitor está totalmente descargado. 14. Cargue el capacitor a través del multímetro abriendo S2 al tiempo que inicia el cronómetro. Registre las mediciones del multímetro para cada uno de los seis tiempos especificados en la Tabla 2. Descargue el capacitor cerrando S2; estará completamente descargado cuando la lectura del multímetro se estabilice en 12 V. 15. Repita el paso anterior dos veces más.

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16. Abra S1 y S2. Apague la fuente y ponga su control de voltaje de salida al mínimo. 17. Para cada una de las seis constantes de tiempo calcule el promedio en la lectura del multímetro; con éste obtenga el voltaje en el capacitor teniendo en consideración que VC = VFA - VRint (VC es el voltaje en el capacitor, VFA el voltaje de la fuente de alimentación y VRint el voltaje que registra el multímetro). 18. Para cada una de las seis constantes de tiempo calcule el voltaje en el capacitor. Registre en la Tabla 2. ONDA CUADRADA DE ENTRADA 19. Arme el circuito de la Figura 3. Use el control de nivel de cd del generador para mover la onda de modo que su pico (+) esté en 5 V y su pico (-) en 0 V. Ajuste el osciloscopio para medir señales con acoplamiento dc.1 20. Calcule y registre en la Tabla 3 los factores multiplicadores de la constante de tiempo así como el voltaje esperado en cada caso (Vcalculado).

PRÁCTICA LABORATORIO

PROCESAMIENTO DE DATOS 1.

Justifique la razón de ser de la ecuación que aparece en el cuarto numeral de la presente guía.

2.

Cuál es el comportamiento del capacitor al cerrar el interruptor S2 en el punto 7? Porqué?

3.

Qué es la constante de tiempo RC?

4.

Explique los procesos de carga y descarga de un capacitor.

5.

Que se puede decir del capacitor en carga y descarga cuando han transcurrido 10 constantes de tiempo?

6.

En los casos que corresponda elabore las gráficas voltaje contra constante de tiempo. Explíquelas.

BIBLIOGRAFÍA ZBAR, Paul B. Prácticas de electricidad. Alfaomega. México D.F. 2001.

21. Mida con el osciloscopio los voltajes a través del capacitor en cada factor multiplicador de la constante de tiempo y regístrelos en la Tabla 3. 22. A partir de los voltajes medidos en el punto anterior calcule el porcentaje de carga / descarga del capacitor. 23. Limpie y ordene los elementos y su sitio de trabajo. Haga entrega formal del material al laboratorista. Entregue el preinforme al docente del laboratorio.

El acoplamiento dc deja pasar la señal completa. El acoplamiento ac bloquea la componente continua. Laboratorio de Electromagnetismo – Carga y descarga de capacitores 1

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PREINFORME CARGA Y DESCARGA DE CAPACITORES GRAN GRUPO NOMBRE INTEGRANTES

PROFESOR

PEQUEÑO GRUPO

FECHA

CÓDIGO

1 2 3 4 5

Tabla 1. Descarga de un capacitor. Resistencia interna del multímetro Rint (MΩ) Calculada Nominal

Voltaje de la fuente de alimentación VFA (V) Tiempo de descarga Constantes Constantes de de tiempo tiempo (s) 1𝜏 2𝜏 3𝜏 4𝜏 5𝜏 10𝜏

Capacitancia C Medida (uF)

Constante de tiempo de descarga calculada, 𝜏 (𝑠)

Voltaje inicial en el capacitor Vc (V)

Voltaje del capacitor Vc (V) Prueba 1

Prueba 2

Prueba 3

Promedio medido

Calculado

Tabla 2. Carga de un capacitor. Tiempo de carga Constantes de tiempo

Lectura del multímetro VRint (V)

Constantes Prueba Prueba Prueba de tiempo Promedio 1 2 3 (s)

Voltaje en el capacitor VC = VFA - VRint Medido

Calculado

1𝜏 2𝜏 3𝜏 4𝜏 5𝜏 10𝜏 Laboratorio de Electromagnetismo – Carga y descarga de capacitores

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PREINFORME CARGA Y DESCARGA DE CAPACITORES GRAN GRUPO Tabla 3. Onda cuadrada de entrada Constantes de tiempo 1𝜏 Tiempo (s)

2𝜏

3𝜏

PEQUEÑO GRUPO

4𝜏

5𝜏

Vc calculado Vc medido Porcentaje de carga / descarga

VALORACIÓN GUIÓN - PRÁCTICA Por consenso entre los integrantes del pequeño grupo, diligencie la siguiente tabla con la cual valorará el guión y la práctica desarrollada.

CRITERIO

BAJO

NIVEL MEDIO

ALTO

Claridad guión Pertinencia tema guión Dificultad práctica Facilidad adquisición componentes

OBSERVACIONES

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