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• Valeria Flores Celis

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FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERIA AGRICOLA

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGRICOLA

PRÀCTICA de laboratorio 3

“CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR”

ALUMNA: Reyes Román, Ruth Macyoderi

CURSO: Física II

DOCENTE:

-Dr. MORILLO ALVA, OSCAR

TRUJILLO - PERÙ 2019

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERIA AGRICOLA

CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

I.

OBJETIVOS:

Objetivo General:  Analizar el ciclo de carga y descarga de un condensador obteniendo el valor del mismo a partir de la constante de tiempo. Objetivo Específico: - Comprender el funcionamiento de un condensador y qué factores depende que varíe la capacitancia del mismo. - Obtener experimentalmente las curvas de carga y descarga de un condensador en función de la corriente y el voltaje. - Comprobar que la corriente en un circuito RC y la carga en el condensador, que varía con el tiempo en el proceso de carga y descarga de un condensador.

II.

INFORMACION TEORICA:

Para el siguiente informe se necesitará tener claro los siguiente conceptos: CAPACIDAD ELÉCTRICA Y CONDENSADORES: Los condensadores o capacitores son dispositivos formados por dos placas metálicas separadas por un aislante llamando dieléctrico. Tiene como función almacenar cargas eléctricas para su posterior utilización. Ellos son utilizados, frecuentemente, en una variedad de circuitos eléctricos que mencionaremos a continuación: o

En los radios receptores se encargan de sintonizar la frecuencia.

o

Eliminan los chispazos en los sistemas de encendido de los automóviles.

o

Son usados en los filtros de las fuentes de poder.

o

Sirven como dispositivos de almacenamiento de energía en las unidades electrónicas de destello.

Un condensador, consta generalmente de dos cuerpos conductores, cargados con cargas de la misma magnitud pero de signos opuestos.

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Podemos tomar como ejemplo que al conectar una batería, los electrones del polo negativo se desplazan hasta llegar a una de las placas del condensador, la cual adquiere una carga negativa. Simultáneamente, el terminal positivo de la batería atrae o saca los electrones libres de la otra placa del condensador, los cuales son ayudados a expulsar los electrones de la primera placa. De esta manera, se dice que el condensador se ha cargado.

CONDENSADOR ELECTRÓNICO:

Un 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 alterna, pero no corriente continua. Es un dieléctrico, es un electrolito constituido por óxido de aluminio impregnado en un papel absorbente. Es un elemento polarizado, por lo que sus terminales no pueden ser invertidos. Generalmente el signo de polaridad viene indicado en el cuerpo del capacitor. (Humbertojccmg, 2012)

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Imagen 1: Condensador Electrónico

CARGA: Consideremos el circuito de la figura 1, en el que supondremos que el condensador está inicialmente descargado. Si cerramos el interruptor se observará un paso de corriente y empezará a cargarse el condensador, de forma que una vez alcanzada la carga máxima, la corriente en el circuito es cero. Aplicando la ley de mallas de Kirchhoff obtenemos: 𝛿 − 𝐼𝑅 −

𝑞 =0 𝐶

Donde ξ es la fuerza electromotriz del generador de corriente, I es la intensidad de corriente que circula por la malla, R es la resistencia patrón, q es la carga eléctrica del condensador y C su capacidad. La intensidad de corriente y la diferencia de potencial en bornes serán:

Gráficas que muestran la evolución de la intensidad instantánea en el circuito y de la diferencia de potencial en el condensador durante el proceso de carga:

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El producto del valor de la resistencia por la capacidad del condensador, R·C, se denomina constante de tiempo del circuito τ, y tiene dimensiones de tiempo. Es decir, la constante de tiempo nos indica el tiempo que el condensador tarda en adquirir el 63% de la carga final de equilibrio.

DESCARGA: Consideremos ahora el circuito de la figura 2, en donde el condensador está inicialmente cargado. Al cerrar el interruptor el condensador comienza a descargarse a través de la resistencia. Aplicando la ley de mallas de Kirchhoff obtenemos: 𝐼𝑅 =

𝑞 𝐶

Puesto que la intensidad que pasa por el circuito es igual a la rapidez con la que disminuye la carga en el condensador: 𝐼=−

𝑑𝑞 𝑑𝑡

Sustituyendo: −𝑅

𝑑𝑞 𝑞 = 𝑑𝑡 𝐶

Integrando, de la misma forma que en el caso anterior, entre el instante inicial del proceso de descarga t0 = 0, con q (0) = Q0 y cualquier otro instante, obtenemos la carga del condensador con respecto al tiempo: 𝑡

𝑞(𝑡) = 𝑄0 𝑒 −𝑅𝐶 La intensidad de corriente y la diferencia de potencial en los bornes del condensador se obtienen fácilmente:

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERIA AGRICOLA Gráficas que muestran la evolución de la intensidad instantánea en el circuito y de la diferencia de potencial en el condensador durante el proceso de descarga:

III.

DESCRIPCION DE LA EXPERIENCIA:

Materiales:  Fuente de tensión continua  Condensador  Resistencia  Multímetro  Interruptor  Cables de conexión  Cronometro

Procedimiento: o o

Nos aseguramos que el interruptor este abierto. Medimos el valor de la resistencia y de la capacidad del condensador.

o

Antes de que esté conectado el circuito, encendemos la fuente y medimos con el voltímetro la tensión entre sus bornes (𝑉0 )

o

Es muy importante que conectemos el polo negativo del condensador al polo negativo de la fuente y no al contrario.

o

Con el interruptor abierto conectamos el amperímetro, el voltímetro, y la fuente.

o

Verificamos que las escalas sean las correctas para el amperímetro y el voltímetro.

o

Cerramos el interruptor y al mismo tiempo encendemos el cronómetro. Anotamos cada porción de tiempo, los valores de la tensión entre las placas del condensador y la intensidad de la corriente que recorre el circuito hasta que el condensador se haya cargado completamente.

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERIA AGRICOLA o

Abrimos el interruptor.

o

Anotamos la tensión en el condensador, este será el voltaje a comenzar la descarga.

o

Luego, empezaremos la descarga del condenador. Al igual que en la carga, es importante anotar el valor que marca el amperímetro justo después de cerrar el interruptor.

o

Cerramos el interruptor a la vez que se pone en marca el cronometro. Anotamos de nuevo para cada porción de tiempo los valores de la tensión entre las placas del condensador y la intensidad de la corriente hasta que el condenador se haya descargado completamente.

IV.

DATOS EXPERIMENTALES:

RESISTENCIAS (𝜴) Teórico

5600

Experimental

5540

CONDENSADOR

4700x𝟏𝟎−𝟔 𝝁F

E = 10,0 V

Tabla 1: Valores de voltaje y tiempo para el proceso de carga del capacitador

n

𝑽𝒄 (𝑽)

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

9

9

Ln(E - Vc)

T(s)

2.2

5.5

2.08

11.38

1.94

18.85

1.79

28.28

1.61

41.49

1.39

58.67

1.09

86.7

0.69

130.86

0

221.86

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Tabla 2: Valores del voltaje y tiempo para el proceso de descarga del capacitador

n

𝑽𝒄 (𝑽)

1

9

2

8

3

7

4

6

5

5

6

4

7

3

8

2

9

1

Ln (Vd)

T(s)

0

0

-0.69

4.89

-1.09

8.05

-1.39

11.72

-1.61

15.88

-1.79

21.4

-1.95

24.9

-2.08

28.95

-2.19

37.05

GRAFICAS:

CARGA:

𝑉𝑐 VS T 12 10 8 6 4 2 0 0

50

100

150

200

250

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Ln(E - Vc) VS T 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

50

y = -0.0101x + 2.0977 150 R² = 0.9767200

100

250

-0.5

DESCARGA:

𝑉𝑐 VS T 10 9 8 7

6 5 4 3 2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

30

35

40

45

- Ln(E - Vc) VS 0 0

5

10

15

20

25

-0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3

y = -0.051x - 0.5298 R² = 0.8732

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERIA AGRICOLA V.

ANALISIS TEORICO:

De la tabla de resistencia podemos encontrar el valor del tiempo característico: RC= 5540 X 4700X𝟏𝟎−𝟔 𝝁F RC= 26 segundos.

De la gráfica de la carga y descarga, hallamos los datos requeridos para RC: Formula general: Ln (E-VC) = (-1/RC) t + LnE Y

= (m) x +

b

Entonces:

Rc=-1/m = -1/-0.010 =100s Rrc= -1/m =-1/ -0.051=19.6s VI.

CONCLUSIONES:

 Hemos hallado tanto la carga y descarga sus pendientes respectivas.  ¿Coinciden ambos valores entre sí? De acuerdo a la grafica hemos encontrado que los valores correspondientes de cada grafica no coinciden entre sí , Para la gráfica de la carga su valor es del RC= 100s y la descarga Rc= 19.6s

VII.

BIBLIOGRAFÍA:



Haydee Silvester, S. (2009). Carga y descarga de un capacitor, Estado estable. Colombia: Editorial Universidad del Norte



Suarez Sierra, O. (2015). Carga y descarga de condensadores: Manual de prácticas de laboratorio. Pamplona: Editorial Universidad de Pamplona

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERIA AGRICOLA VIII.

ANEXOS;