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• Davila Alexander

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CARGA Y DESCARGA DE CAPACITORES. D.I. Correa Otero1, J.J Tobar Franco2, L.D. Díaz Bambague3, M. Noriega Aragón 4. 1 Quimica, FACNED, Universidad del Cauca, [email protected] 2 Quimica, FACNED, Universidad del Cauca,[email protected] 3 Quimica, FACNED, Universidad del Cauca,[email protected] 3136626042

Laboratorio de Electromagnetismo gran Grupo B, pequeño Grupo 3, lunes 26 de noviembre 2012, 1 de diciembre 2012.

Resumen – esta práctica tenía como fin estudiar el comportamiento de un capacitor como objeto de almacenamiento de energía además de poderlo cargar y descargar. En el laboratorio se armaron circuitos eléctricos planteados por la guía de laboratorio y se procedió a descargar el capacitor y en un segundo paso a cargarlo. Can este laboratorio se llego a concluir que a mayor tiempo a que se exponda un capacitor este será mayormente cargado.

Palabras clave– capacitor, circuito, resistencia, voltaje. Abstract – This practice is designed to study the behavior of a capacitor as energy storage object besides being able to load and unload. In the laboratory, electrical circuits armed posed by laboratory guide and proceeded to discharge the capacitor and a second load step. Can this laboratory came to the conclusion that as long as it is a capacitor exponda this will mostly loaded. I.

INTRODUCCIÓN.

Los circuitos eléctricos pueden ser diseñados de un sin fin e maneras y poseen variedad de elementos que interactúan con la manera en que pasa la corriente en el sistema, en la práctica, por ejemplo tenemos presente los interruptores que son capaces de desviar la corriente eléctrica, y los capacitores que son capaces de almacenar corriente en su interior, y que dependiendo de su geometría podemos calcular que tanta corriente o flujo eléctrico han almacenado. Estos dispositivos son muy utilizados en la vida diaria, cuando encendemos un bombillo, o un aparato electrónico, hasta en computación los hay que son más selectivos y mucho más especializados, los capacitores por otra parte son muy usados también por ejemplo en las cosas que producen calor, como la plancha o la estufa o una cafetera incluso en filtros donde por un proceso de electrolisis se limpia el agua de contaminantes presentes. El objetivo de la practica fue determinar su uso en el ámbito electrónico, es decir su efecto en la corriente de un sistema esta observación se hizo por medio de determinación de curvas de carga y descarga de los capacitores y de observación y lectura de señales en el espectroscopio. II.

TEORÍA.

1

Capacitor: Es un dispositivo clasificado entre los dispositivos pasivos, que son aquellos que no interactúan en sí con la corriente, el capacitor, como dice su nombre es capaz de almacenar corriente eléctrica, que este circulando por un circuito, el capacitor puede adaptarse a la impedancia del circuito, la que relaciona el voltaje con la intensidad de la corriente, es decir que tanto es la corriente mientras varia en el tiempo. Esta formado por dos materiales conductores, que establecen una diferencia de potencial entre sí, es decir, el capo eléctrico que genera la placa hecha del material uno, se proyecta hasta el material dos, como hay una diferencia de potencial y la carga eléctrica es positiva para una y negativa para otra se hace cero la carga eléctrica del sistema. En la guía se hace notar que hay que tener en cuenta la polaridad del capacitor. Esto tiene que ver con el material que este hecho el capacitor, se clasifican como capacitores electrolíticos o condensador electrolítico y es debido a que usa un liquido iónico en una de sus placas como conductor en muchos es ácido bórico o borato de sodio o glicol de etileno, estos presentan una polaridad debido a que están fabricados con aluminio y este reacciona con el oxigeno del aire creando oxido de aluminio que confiere un carácter dieléctrico al dispositivo, como se sabe un componente dieléctrico es capaz de no conducir la corriente hacia afuera de si es decir aislarla. Capacitancia: La capacidad o capacitancia es la una medida que relaciona la carga eléctrica y el voltaje, la carga eléctrica se refiere a la carga eléctrica almacenada por el cuerpo y el voltaje que es el trabajo o la diferencia de energía para llevar una carga eléctrica de un punto a otro punto. Es decir, la capacidad se refiere a la capacidad que tiene un cuerpo para almacenar una carga eléctrica, esto será dado a que en un capacitor las cargas eléctricas se están desplazando por cada punto de su superficie y para esto se tiene un valor de un voltaje, si se cogen dos diferenciales dq y dV para un capacitor cualquiera, Curvas de carga: Las curvas de carga y descarga del condensador o capacitor a través de este circuito se miden teniendo en la capacidad de este, es decir, cuando se enciende el interruptor el capacitor se activa y se carga con una determinada cantidad de carga eléctrica, luego que deje de pasar corriente este capacitor toma un tiempo en volver a descargarse, esto se puede medir con ayuda de una resistencia como lo hicimos ene le circuito y con esto modelar las curvas de carga y descarga del condensador.

III. 

RESULTADOS.

Descarga de un capacitor. VFA: Tensión de la fuente de alimentación (V). Entonces: Rint =

12V ×1MΩ 13,4 V −12 v Rint =8,57 MΩ 𝜏= Rint *C

(2)

Donde: 𝜏: Constante de tiempo de descarga calculada (s). 𝑅𝑖𝑛𝑡: Resistencia interna del multimetro (MΩ). C: Capacitancia Medida (µF).

Figura 1. Diagrama esquemático del montaje de descarga de un capacitor.

(1)

Entonces: 𝜏= 8,57MΩ * 0,103 µF

Donde: Rint: Resistencia interna del multimetro (MΩ). VRint: Tensión inicial de trabajo (V).

𝜏= 0,88271s

2

Voltaje de la fuente de alimentación VFA (V)

13,4 Tiempo de descarga Constantes Constantes de tiempo de tiempo (s) 0,88271 1𝜏 1,76542 2𝜏 2,64813 3𝜏 3,53084 4𝜏 4,41355 5𝜏 8,8271 10𝜏

Resistencia interna del multimetro Rint (MΩ) Calculada

Constante de tiempo de descarga calculada, 𝜏 (𝑠) 0,103 0,88271 Voltaje del capacitor Vc (V) Capacitancia C Medida (µF)

Nominal

8,57

Voltaje inicial en el capacitor Vc (V)

12,08

Prueba 1

Prueba 2

Prueba 3

Promedio medido

Calculado

0,12 0,11 0,10 0,07 0,06 0,04

0,10 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03

0,10 0,09 0,08 0,06 0,05 0,03

0,11 0,09 0,08 0,06 0,05 0,03

4,44 1,63 0,60 0,22 0,08 5,5*10-4

Tabla 1. Descarga de un capacitor.

Ahora sabemos que el voltaje de un capacitor para un proceso de descarga del mismo se utiliza la ecuación siguiente: Vc = Vo *℮ (−τ /R∗C)

voltajes del capacitor los cuales observamos en la tabla.

(3) [1]

Donde: Vc: Voltaje del capacitor (V). Vo: Voltaje inicial en el capacitor (V). ℮: Euler (2,71828). 𝜏: Constante de tiempo (s). R: Resistencia interna del multimetro C: Capacitancia (µF). Entonces: Vc = 12,08V *℮(−τ /8.57 MΩ∗0,103 µF) Remplazamos 𝜏 por las constantes de tiempo (1𝜏, 2𝜏,3𝜏,4𝜏,5𝜏,10 𝜏) y con esto obtenemos los

Figura 2. Grafica de voltaje medido contra constante de tiempo.

Figura 3. Grafica de voltaje calculado contra constante de tiempo.

En la figura 2 y la 3 observamos la grafica referente a un proceso de descarga de un capacitor para los datos de voltaje medido y calculado respectivamente de un capacitor, como se esperaba este un proceso decreciente esto se debe a que la constante de tiempo (𝜏) va a crecer a medida que la tensión o 3

voltaje va a disminuir debido a que son variables inversamente proporcionales(para un proceso de descarga ), de ahí que a un tiempo igual a 10 𝜏 el capacitor se encuentre casi totalmente descargado; es de observar también que si comparamos las figuras 2 y 3 las dos presentan un comportamiento similar con la diferencia un poco en los puntos iníciales esto atribuido al bajo valor de las constantes de tiempo ya que es difícil medir un voltaje cuando este esta variando rápidamente y mas cuando es en lapso de tiempo muy pequeño.



Carga de un capacitor.

Figura 4. Diagrama esquemático del montaje de descarga de un capacitor.

Tiempo de carga Constantes de tiempo 1𝜏 2𝜏 3𝜏 4𝜏 5𝜏 10𝜏

Constantes de tiempo (s) 0,88271 1,76542 2,64813 3,53084 4,41355 8,8271

Voltaje en el capacitor VC = 12,2V - VRint.

Lectura del multimetro VRint (V) Prueba 1

Prueba 2

Prueba 3

Promedio

Medido

Calculado

8,96 4,87 1,59 1,17 0,47 0,07

7,59 4,00 2,39 0,88 0,47 0,07

7,37 5,28 1,47 1,19 0,43 0,06

7,97 4.71 1,81 1,08 0,46 0.07

4,23 7,49 10,39 11,12 11,74 12,13

7,64 10,45 11,48 11,86 11,99 12,08

Tabla 2. Carga de un capacitor.

Ahora sabemos que el voltaje de un capacitor para un proceso de descarga del mismo se utiliza la ecuación siguiente: Vc = Vo *(1−℮¿¿ (−τ / R∗C))¿

voltajes del capacitor los cuales observamos en la tabla.

(4) [2]

Donde: Vc: Voltaje del capacitor (V). Vo: Voltaje inicial en el capacitor (V). ℮: Euler (2,71828). 𝜏: Constante de tiempo (s). R: Resistencia interna del multimetro C: Capacitancia (µF). Entonces: Vc = 12,08V *(1--℮(−τ /8.57 MΩ∗0,103 µF)) Remplazamos 𝜏 por las constantes de tiempo (1𝜏, 2𝜏,3𝜏,4𝜏,5𝜏,10 𝜏) y con esto obtenemos los

Figura 5. Grafica de voltaje medido contra constante de tiempo.

4

Figura 6. Grafica de voltaje calculado contra constante de tiempo.

Las figuras 5 y 4 muestran ahora el proceso de carga de un capacitor, estas son unas graficas que describen un comportamiento creciente en el cual observamos que a mayor tiempo, mayor es el voltaje que el capacitor alcanza a almacenar, y como es de esperar en un instante 10𝜏 el capacitor casi alcanza su punto de mayor almacenamiento de energía para dicho circuito. IV.

PROCESAMIENTO DE DATOS

 Al cerrar el interruptor S2 del circuito el capacitor se cargaba, esto se atribuye a que se conectaba a dos puntos con potenciales distintos, el capacitor adquiría cierta carga por unidad de tiempo, que depende de su capacidad y de la resistencia del circuito.  La constante de tiempo RC es una medida de la velocidad de carga del capacitor cuando RC es pequeña, el capacitor se carga rápidamente; cuando es más grande, el proceso de carga es más lento.  La descarga de un capacitor sucede cuando este se conecta a dos puntos con potenciales diferentes, en el circuito observamos que el capacitor está conectadoa dos puntos entre los cuales se mantiene una diferencia de potencial; en uno de estos puntos está unido a la fuente, a una resistencia en serie y tiene un interruptor S1 y al otro punto que consta de un voltímetro y un interruptor S2, cuando el interruptor S2 se cierra y S1 se abre poco a poco el capacitor se descarga. V.

CONCLUSIONES

 Los capacitores electrolíticos tienen polaridad y tienen mayor capacidad de carga.  En un circuito al hacer corto entre los dos terminales del capacitor hay descarga.  la carga y descarga de capacitadores es proporcional al tiempo que se le suministre  El tiempo que de carga o descarga de un capacitor está relacionado con la resistencia del circuito.  Un capacitor es un elemento con grandes aplicaciones en todas las áreas debido a que este es almacena energía y de igual forma es muy fácil descargarla. VI.

REFERENCIAS

5

[1]

http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/basicas/fisica2/CARGA_Y_DESCARGA_ DE_UN_CAPACITOR.pdf

[2]

http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/basicas/fisica2/CARGA_Y_DESCARGA_ DE_UN_CAPACITOR.pdf BIOGRAFIAS. Meliza Noriega Aragón. Nacida en Caloto, Cauca. Tiene 20 años; Estudia en la Universidad del Cauca, Cursa 6° semestre de “Química Pura”. Realizo estudios de primaria y secundaria en la institución educativa “Escipión Jaramillo” de su municipio de origen. Interesada en el conocimiento y aprendizaje de las innovaciones relacionadas con su carrera universitaria.

Juan José Tobar F. Nacido en Popayán, Cauca, Tiene 19 años, Realizo sus estudios de primaria y secundaria en el “Instituto Melvin Jones”, actualmente cursa 6° semestre que “Química Pura” en la Universidad del Cauca. interesado en aprendizaje de las aplicaciones de la química en la industria alimenticia. A su vez es aficionado a los deportes y la vida sana.

Diana correa. Nacida en Popayán,Cauca,realizo los estudios primarios y secundarios en la institucion edecativa nuestra señora del Carmen, actualmente estudiante de quimica de la universidad del cauca. cursando 6 semestre

Lici Damar Cristina Diaz, nacida en Popayán, Cauca. Estudio su básica primaria y secundaria en el “Instituto Melvin Jones”. Estudio 1 año en la Universidad del Valle donde curso la carrera de Licenciatura en Literatura la cual abandono. Posteriormente estudio un año en la Universidad del Cauca la carrera de Biología la cual abondo puesto que descubrió que su real vocación era la Química, carrera que actualmente estudia en la misma Universidad. En la cual cursa 6° semestre.

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